器件在特定外加电信号作用下，其电阻值会在（至少）两个稳定的阻态间发生转变，当外加信号撤去后，阻态能够保持。

阻变存储器常见的单元结构为金属电极/阻变功能层/金属电极三明治结构，器件的电阻转变特性与金属电极材料、阻变功能层材料的种类密切相关。1962年，首先报道了铝/氧化铝/铝（Al/Al₂O₃/Al）结构器件的电流-电压特性存在迟滞回线，证明在外加电场作用下器件可实现电阻转变操作。随后，更多的二元金属氧化物（HfO_x、TaO_x、TiO_x、WO_x、ZrO_x、CuO_x、NiO_x等）、钙钛矿氧化物（ABO₃型，如SrTiO₃、SrZrO₃、BaTiO₃、Pr_1-xCa_xMnO₃等）、固态电解质材料（AgS₂、GeSe等）、有机材料（PEDOT:PSS、P3HT:PCBM等）、二维材料（石墨烯、MoS₂、h-BN等）都被发现具有电阻转变效应。

器件的电阻转变机理大致可以分为电化学金属化机制、价态转变机制、热化学机制和纯电子效应等。根据器件发生电阻转变所需的驱动电压极性，阻变存储器可分为单极性和双极性器件两类。单极性器件在高阻态和低阻态之间转变并不依赖外加电信号的极性，只与电信号的幅值大小有关。双极性器件的置位和复位操作则发生在不同极性的电压激励下。

阻变随机存储器具有擦写速度快、功耗低、循环擦写次数高、信息保持时间长、存储密度高、具有多值存储和三维堆叠潜力等优点，是高性能非易失性存储器的重要候选技术。