不同于传统存储器，比如静态随机存储器、动态随机存储器和闪存等，它们大多是基于电荷的存储器，本质上是通过电容的充放电来实现信息存储的。新型半导体存储器种类繁多，主要包括阻变存储器、相变存储器和磁存储器等。它们的信息存储是基于电阻的转变实现的。①阻变存储器。基本器件由两层电极和中间夹杂的阻变介质层构成。阻变介质层中导电细丝发生局部断裂和重新形成，或者电极与阻变介质之间肖特基势垒厚度发生变化，会导致电介质的电阻特性在高电阻状态和低电阻状态之间转变（见数字型电阻转变）。利用这一点可以实现信息的存储。在多值存储中或作为电子突触应用时则有多种电阻状态（见模拟型电阻转变和多级电阻转变）。②相变存储器。基本器件结构与阻变存储器类似，但中间是相变层。相变材料处于晶态或者非晶态时，其导电性具有较大的差异，利用这一点可以实现信息的存储。相变过程主要包括SET和RESET两步。当相变材料处于非晶态时，升高温度至结晶温度和熔点温度之间，然后再缓慢冷却，相变材料会转变为晶态，这一步骤被称为“SET”。当相变材料处于晶态时，升高温度至略高于熔点温度，然后进行快速冷却，相变材料就会转变为非晶态，这一步骤被称为“RESET”。③磁存储器。基本结构是磁隧道结（magnetic tunnel junction; MTJ）：最下层为固定层，其磁矩方向固定；中间一层是隧穿层；最上层是自由层，其磁矩方向可以改变。如果自由层和固定层的磁矩方向一致，则处在低电阻状态；反之则处于高电阻状态。利用这一点可以实现信息的存储。磁存储器分为传统的磁性随机存取存储器（magnetic random access memory; MRAM）和自旋转移力矩磁性随机存取存储器（spin transfer torque magnetic random access memory; STT-MRAM），它们都是基于MTJ结构，但是驱动自由层磁矩发生翻转的方式不同。前者利用磁场驱动，后者利用自旋极化电流驱动。对于传统的MRAM来说，需要引入旁路电流来产生磁场，因此功耗较大并且难以进行高密度集成。对于STT-MRAM来说，则不需要增加旁路，可以利用自旋极化电流直接驱动，从而大幅降低功耗、提升集成密度。

随着器件特征尺寸的不断缩小，传统的存储器器件的速度和密度都正在逼近由其结构导致的物理极限。比如闪存器件，往浮栅结构中存入电子至少需要1微秒的时间，并且受到光刻代价以及厚栅所引起的串扰与寄生效应的制约，将其平面特征尺寸缩小到10纳米以下面临巨大挑战。

新型存储器利用电阻状态转变来存储信息，而在电阻变化的过程中，外加的激励只影响介质材料中的电子状态或者很小区域内的原子排布，从理论上讲，这些存储器在可缩小性能上潜力巨大。与此同时，新型存储器还具有较好的单器件性能，比如器件架构简单，操作功耗低，操作时间可以达到纳秒量级等。随着器件的不断优化，可靠性和一致性不断提高，新型存储器很可能成长为下一代主流存储器。