基于氧空位导电细丝的阻变存储器，通常采用惰性电极/介电材料/惰性电极的MIM结构，惰性电极通常为在电场下不易氧化出可移动阳离子的电极，如铂（Pt）、金（Au）、钛（Ti）、铱（Ir）、钨（W）、氮化钛（TiN）、硅（Si）等。

与活性金属导电细丝的形成机制类似，氧空位导电细丝的形成过程主要由含氧阻变材料（过渡金属氧化物或钙钛矿结构氧化物）中的氧离子的运动及其氧化还原反应所主导。为简化其阻变模型，通常采用带正电的氧空位来描述其阻变过程。在强电场作用下，阻变功能层会激励出带正电的氧空位，氧空位沿着电场方向发生迁移运动，获得电子被还原后会形成不带电的氧空位。氧空位的运动导致阻变功能材料局部组分不均匀并伴随非氧元素发生价态变化。氧空位排布形成连通上下电极的导电细丝，并使器件处于较低的电阻状态。在另一电激励情况下，氧空位导电细丝发生断裂并促使器件由低电阻状态转换至高电阻状态。当电极与功能层之间存在肖特基势垒时，氧空位在界面处的积累会导致势垒高度的变化，进而影响阻变过程。因此，大多基于氧空位的阻变体系，其导电机理往往由导电细丝与界面势垒共同决定。基于导电细丝机制的器件，低阻态通常与器件面积关联较小，而当存在界面势垒时，器件低阻态将与器件面积呈反比关系。