隧道结是由两个金属电极和纳米厚度的绝缘层构成的金属/绝缘层/金属异质结构。两个金属电极上有电压差时，可以发生量子隧穿，一侧金属中的电子以一定的概率隧穿通过绝缘层进入另一侧金属，形成隧穿电流。隧穿的概率由绝缘层势垒的高度和宽度决定。通常的隧道结中，绝缘层是非极性的。铁电隧道结利用具有非易失性极化的超薄铁电薄膜作为隧道结的绝缘层，当施加电压使铁电层极化翻转时，电子隧穿通过绝缘层的概率在高低两个值之间变化，因此产生两个非挥发的电阻状态。

铁电隧道结的电阻转变有多个来源，其中最主要的是静电势贡献。首先考虑一个非极性的绝缘层，它可以简化成一个方势垒。铁电绝缘层表面的极化电荷被金属电极中的电子屏蔽。按托马斯-费米理论，屏蔽长度是费米面附近电子态密度的函数。良好的金属，屏蔽长度可以在埃的尺度，半导体的屏蔽长度可以达到几十纳米。实际的有效屏蔽长度与铁电/金属界面的物理和化学参数有很大的关系。一般，金属中的电荷并不能完全屏蔽铁电极化电荷。不完全的屏蔽导致铁电绝缘层中存在与极化方向相反的退极化电场。这时，电子看到的不再是方势垒，两个铁电/金属界面处的能量由于退极化场产生的额外静电能而改变，一边升高、另一边降低。如果采用不同的金属电极或者由于界面状态不同导致有效屏蔽长度不同，则两个界面处能量的改变是不对称的。屏蔽相对完全（即屏蔽长度较小）的界面，能量的改变较小，此时平均势垒高度增加。如果极化方向翻转，退极化场随之翻转，两个界面上不对称的能量改变也随之改变符号，平均势垒高度降低。由此得到非易失性铁电极化调控的隧穿势垒高度和相应的两个隧穿电阻状态。

铁电隧道结的两个隧穿电阻状态可以作为“0”和“1”两个逻辑态用于存储。这样的电阻型铁电存储器既有铁电存储的非易失性优点，同时也具有阻性存储简单的器件结构，更易于高密度集成。铁电隧穿存储不依赖于离子或带电缺陷在纳米尺度上的移动，因而也具有较好的器件一致性、稳定性和功耗，使其在非易失性存储领域具有巨大的潜在应用价值。如果施加电压脉冲使得铁电绝缘层中的畴逐步翻转，还可以使得隧道结电阻在一定范围内随电压或脉冲数目连续的变化，表现出忆阻行为，可模拟人脑神经元之间的信息传递，可用于新颖的类脑计算器件。