分子電子學是用于制造電子元件的分子結構單元的研究和應用。 它是一個跨越物理、化學和材料科學的跨學科領域。 統一的特征是使用分子構建塊來制造電子元件。 由于分子水平的性能控制提供了電子尺寸減小的前景，分子電子學引起了極大的興奮。 它提供了一種將摩爾定律擴展到超越小型傳統硅集成電路可預見限制的潛在方法。

分子級電子學，也稱為單分子電子學，是納米技術的一個分支，它使用單個分子或單個分子的納米級集合作為電子元件。 由于單個分子構成了可能的最小穩定結構，因此這種小型化是縮小電路的最終目標。

傳統的電子設備傳統上由散裝材料制成。 批量方法具有固有的局限性，并且要求越來越高且成本越來越高。 因此，想法誕生了，即可以在化學實驗室中（自下而上）逐個原子地構建組件，而不是從大塊材料中雕刻出來（自上而下）。 在單分子電子學中，大塊材料被單分子取代。 也就是說，不是通過在模式支架之后移除或應用材料來創建結構，而是將原子放在化學實驗室中。 使用的分子具有類似于電線、晶體管或整流器等傳統電子元件的特性。 這種使用分子作為傳統電子元件的概念最早由 Aviram 和 Ratner 于 1974 年提出，當時他們提出了一種理論上由相互絕緣的供體和受體位點組成的分子整流器。

單分子電子學是一個新興領域，完全由分子大小的化合物組成的整個電子電路距離實現還有很長的路要走。 然而，對更多計算能力的持續需求，以及當今光刻方法的固有局限性，使得這種轉變似乎不可避免。 目前，重點是發現具有有趣特性的分子，以及尋找在分子成分和電極主體材料之間獲得可靠和可重復接觸的方法。

分子電子學在距離小于 100 納米的量子領域運行。 小型化到單個分子將規模縮小到量子力學效應很重要的狀態。 與傳統電子元件的情況不同，在傳統電子元件中，電子可以或多或少地像電荷的連續流動一樣被填充或抽出，而單個電子的轉移會顯著改變系統。 在計算裝置的電子特性時，必須考慮充電產生的大量能量，并且對附近導電表面的距離高度敏感。

測量單個分子的xxx問題之一是僅與一個分子建立可重復的電接觸，并且在不使電極短路的情況下這樣做。 由于目前的光刻技術無法產生足夠小的電極間隙以接觸被測分子的兩端（納米量級），因此采用了替代策略。

這些包括稱為斷裂連接的分子大小的間隙，其中薄電極被拉伸直至斷裂。 克服間隙大小問題的方法之一是捕獲分子功能化納米粒子（納米粒子間距與分子大小相匹配），然后通過位置交換反應捕獲目標分子。 另一種方法是使用掃描隧道顯微鏡 (STM) 的尖端接觸粘附在金屬基板另一端的分子。 另一種將分子錨定到電極上的流行方法是利用硫對金的高化學親和力； 雖然有用，但錨定是非特異性的，因此將分子隨機錨定到所有金表面，并且接觸電阻高度依賴于錨定位點周圍的精確原子幾何形狀，從而固有地損害連接的可重復性。 為了避免后一個問題，實驗表明，富勒烯可能是替代硫的良好候選者，因為大型共軛 π 系統與單個硫原子相比，可以一次電接觸更多的原子。 從金屬電極到半導體電極的轉變允許更定制的特性，從而用于更有趣的應用。