20世纪60年代，美国发明家首次研究了硫系相变材料。20世纪70年代，相变随机存储器开始得到广泛研究，但当时由于制备工艺的限制和功耗等问题，相变随机存储器没有获得商业化应用。1998年起，世界主要的半导体公司投入巨大的人力和物力研究相变随机存储器，积极参与国际竞争。进入21世纪后，工业界对相变随机存储器的研究热潮重新开启。中国科学院上海微系统与信息技术研究所、华中科技大学等对相变随机存储器的存储原理、新材料开发、芯片设计、工艺开发、测试技术、工程化应用等开展了系列研究。

相变材料的非晶态和晶态会呈现出不同的电阻特性，因此可以利用相变材料的晶态和非晶态之间的转换来进行数据0和1的存储，这种材料已被用于可重复檫写的存储光盘中。相变随机存储器器件具有非常简单的金属-绝缘体-金属结构。典型的相变随机存储器器件结构由顶部电极、晶态相变材料、非晶态相变材料、热绝缘体、电阻（加热器）、底部电极组成。通过在电极上施加不同高度和宽度的电脉冲就可以使得相变薄膜材料在晶相和非晶相之间进行转换，使得相变薄膜材料的电阻阻值在高、低阻态之间进行转换。当有外加电信号时电流注入，加热电阻与硫系化合物层的连接点在加热后产生焦耳热引起相变。在这个结构中硫系化合物与电极的接触面积很小，而周围被绝热材料所包围，在电极和硫系材料接触的位置处热量集中，可以在较小的电压下使硫系化合物发生相变。

相变随机存储器具有结构简单、高速、高密度、较高的存储窗口和多值存储潜力等优点，并且其尺寸微缩能力优越，在10纳米以下相变材料仍然能够表现出较好的相变特性。由于这些显著的优点，使得相变随机存储器有可能替代闪存，成为下一代非易失性存储器之一。但相变随机存储器存在一个严重的缺陷，擦除过程需要较大的电流（＞100微安），大电流需要大尺寸的晶体管驱动，造成存储密度的降低，同时增加了芯片的功耗，这成为阻碍其商用化最关键的问题。