20世纪70年代, 俄国理论物理学家M.I.亚科诺夫^[注]和V.I.佩雷尔^[注]从理论上预言了自旋霍尔效应的存在。即在具有自旋轨道耦合作用的材料中，在纵向电流的驱动下，系统的横向方向会存在自旋流，即自旋向上的电子往样品的一侧移动，而自旋向下的电子往样品的另一侧移动。在闭路系统中就会造成一个边界上有向上自旋的积累，另一个边界上有向下自旋的积累。2004年，Y.K.Kato等利用磁光克尔效应在N型掺杂的砷化镓单晶薄膜中首次观测到自旋霍尔效应。

电子除了电荷外还有自旋的自由度，自旋霍尔效应起源于自旋轨道耦合所导致的电荷流和自旋流的相互转化。类似于霍尔效应，在样品源漏两端施加一个偏置电场时，电荷流诱发的自旋流会在样品沟道两侧形成不同方向自旋的积累，但自旋的积累不会在横向产生电势差。通过自旋霍尔效应，可以在非磁性的晶体中，通过外加电场而不是磁场来操控电子的自旋，从而形成极化的自旋流。逆自旋霍尔效应是纵向自旋流产生横向电荷流的效应。逆自旋霍尔效应起因类似于自旋霍尔效应，源自自旋轨道耦合所导致的电荷流和自旋流的相互转化。源漏之间自旋极化的自旋流会产生一个非平衡分布的电荷，电荷流的方向垂直于自旋流方向和电压探针所确定的平面，这样在沟道两侧可以相应地测出电荷积累而形成的电势差。