1997年4月10日，研究者在《自然》（Nature）杂志发表其团队在“硅/二氧化硅/硅”结构中发现的非易失性存储现象，并指出基于该结构的存储器的存储性能可以和传统硅基存储器相媲美，同时该存储器的加工工艺与传统的互补金属氧化物半导体（complementary metal oxide semiconductor; CMOS）工艺兼容。自此，质子存储器概念出现。

根据质子存储器具体的器件结构和工作原理不同，可以分为易失性存储器件（停止供电之后，信息丢失）和非易失性存储器件（停止供电之后，信息仍然保存）两大类。质子存储器的特点主要有：①材料。包括硅、二氧化硅、氢气、氮气。氮气为加工过程中的保护气，不直接影响质子存储器的结构和功能。②构造。研究者最初提出的结构为“硅/二氧化硅/硅”三明治结构。之后，研究者在此基础上为了优化性能、丰富功能，亦提出了多层膜结构。③原理。质子在介电层中的输运主要分为由浓度梯度导致的扩散运动和由电场导致的漂移运动两类。质子的输运受到时间、温度、栅压、氧化物厚度等多种因素影响。在电场的作用下，质子在介电层中的漂移运动占主导，这会影响上下电极界面附近导电通道的电子密度，进而影响整体结构的导电特性，实现对信息的区分；在电场撤销之后，质子在介电层中发生扩散，在恢复到初始状态之前需要时间，因此在这一段时间之内可以实现对信息的存储。

质子存储器作为存储器件的一种，可以实现对信息的存储功能。由于质子存储器能够实现对信息的易失性存储和非易失性存储，所以质子存储器有潜力替代已有的一些主流存储器（如闪存）。