阻变存储器通常具有上电极/阻变功能层/下电极的典型MIM结构。在某一电压激励作用下，阻变功能层中会形成连接上下电极的导电细丝，导电细丝具有相对较高的电导，从而使器件处于较低的电阻状态，而在另一电压激励作用下，导电细丝发生断裂并促使器件由低电阻状态向高电阻状态发生转变。阻变存储器高低电阻状态的交替发生即对应着存储器中信息的写入与擦除操作。

根据不同的器件材料体系，主导阻变现象的导电细丝大致分为活性金属导电细丝与空位导电细丝。活性金属导电细丝中，铜（Cu）及银（Ag）的导电细丝研究较为广泛。研究较多的空位导电细丝为氧空位导电细丝，随着新材料在对于阻变存储器的研究中不断涌现，硼空位及氮空位的相关报道也已出现。