表面等离激元是自由电子在金属表面的集体振荡模式。其通过电子动能与电场能量互相交换而产生，区别于传统光学模式的磁场能量与电磁能量的交换机制，因此可将光场局域在金属表面小于衍射极限（半波长）的尺度内。表面等离激元光调制器通常在金属等离子体波导、谐振器的表面附着一层电光材料或热光材料。通过外加电压精确控制电光材料或热光材料的介电常数，改变等离激元的光学性质，如波导模式传播常数和谐振模式频率等，从而实现对以等离激元为载体的光信号进行调制。

常用于表面等离激元光调制器的贵金属材料主要有金和银等，其损耗较小。常用于表面等离激元光调制器的电光材料包括半导体材料和半金属材料，如硅和石墨烯，其介电常数可通过改变自由载流子浓度控制；泡克尔斯效应材料，其介电常数跟所加静电场大小成正比，如铌酸锂或有机非线性光学材料。常用于表面等离激元光调制器的电热材料有玻璃和硅等。

表面等离激元在金属表面的光场局域效应增强了等离激元与电光、热光材料的相互作用。这使得表面等离激元光调制器具有两个优势，即小尺寸（微米尺度）和大调制深度。表面等离激元光调制器的小尺寸有利于其在片上光网络的集成，同时可减小器件的电阻-电容电路延时时间，使表面等离激元光调制器的调制速度上限较高。表面等离激元光调制器的最高速度已经超过100吉比特/秒。

由于金属材料内部自由电子的非弹性碰撞，表面等离激元的传播损耗较大，使得表面等离激元光调制器的插入损耗较大。表面等离激元光调制器的主要研究方向是减小金属材料自身损耗带来的影响。