1996年，研究者在理论上提出一种新的自旋相关效应——电流感应磁化翻转（current induced magnetic switching，CIMS），即垂直于铁磁层平面的自旋极化电流会引起铁磁层磁化的翻转。1998年，研究者首先在实验上用自旋阀结构验证了CIMS效应。CIMS器件的基本结构是铁磁层/非铁磁层/铁磁层的三层垂直结构，当电流从自由层流向钉扎层时，自旋极化电子从钉扎层流向自由层。自旋极化电流大到一定程度（超过临界电流），将使自由层的磁化方向翻转，和钉扎层一致，器件电阻因此发生改变。

基于CIMS效应的纳米磁多层结构，其电阻-电流（R-I）特性曲线具有双稳态特性，可用于构建非易失性存储器。与传统磁性随机存取存储器（magnetic random access memory，MRAM）同样的道理，利用磁隧道结（magnetic tunnel junction，MTJ）实现纯电流写入的磁非易失性存储比自旋阀结构具有更好的性能。由于STT-MRAM是纯粹的电流驱动，不需要磁场，通过电流直接流经比特位，STT-MRAM可实现对每个比特位的单独寻址，因此可以避免意外的写入错误。其单元尺寸远小于传统MRAM，真正能够将磁非易失性存储的高速和高密度结合起来，容易实现对单个存储单元的控制，利于简化电路结构。STT-MRAM和传统MRAM最重要的区别是，对于特定的结构，STT-MRAM的临界电流密度保持不变，即写入电流随尺寸减小而减小，因此具有很好的尺寸缩小能力。STT-MRAM保留了传统MRAM的全部优点，而能够克服传统MRAM难以缩小尺寸的问题。此外，STT-MRAM尤其适合32纳米以下的嵌入式应用。它不仅能使内存管理单元需要解决的问题简单化，而且能被嵌入新一代的现场可编程门阵列、微处理器、微控制器和单片系统器件中。