存储器是现代电子学领域中最为重要的电子器件之一，有着非常广泛的用途。有机分子存储器与硅基存储器相比具有很多优点，因而得到了大量的研究。2003年，美国惠普实验室与加利福尼亚大学洛杉矶分校展开合作，采用纳米压印技术制备出了64比特的有机分子交叉阵列电路。2005年，惠普实验室又制备出了存储密度为28吉比特/厘米²的有机分子交叉阵列存储电路。2009年，研究者在柔性衬底上实现了676比特的基于有机分子浮栅晶体管的存储阵列，这种有机分子存储器能够承受多达1000次的编程和擦除循环，具备一定的应用潜力。

根据结构不同，有机分子存储器可分为交叉线（三明治结构）有机分子存储器和有机分子薄膜场效应晶体管存储器。其中交叉线结构即利用有机分子材料替代传统三明治结构中的氧化物绝缘层；而有机分子薄膜场效应晶体管存储器则是基于传统的浮栅存储技术，利用有机分子作为沟道材料替代硅或者作为栅介质替代氧化物绝缘层。

三明治交叉结构有机分子存储器与有机分子薄膜场效应晶体管存储器具有不同的工作原理。①三明治交叉结构有机分子存储器。这类有机分子存储器的原理与阻变存储器的工作原理一致。在电场的作用下，导电通道在有机分子材料内部形成，使得器件由高电阻状态转变为低电阻状态，实现数据写入。再次施加电压后，大量的焦耳热将有机分子材料内的导电通道熔断，使得器件由低电阻状态返回高电阻状态，实现数据擦除。②有机分子薄膜场效应晶体管存储器。这类有机分子存储器的原理与传统的浮栅存储器原理一致。通过在栅极施加电压，使得电荷进入浮栅中并存储，存储的电荷进而影响沟道的导电状态。

有机分子存储器具有很多优点，如易加工、低成本、高存储容量的特点。更为重要的是，有机分子存储器具有非常良好的柔性，在未来的可穿戴电子器件领域具有非常巨大的应用前景。但是，由于有机分子材料的迁移率较无机半导体材料相比低很多，有机分子薄膜场效应晶体管存储器的操作电压很高、开关速度较慢，导致其不适用于高速逻辑电路。由于有机分子材料较传统无机材料稳定性差，有机分子存储器的数据保持时间一般不是特别长。