电子时代始于 1947年晶体管的发明 与硅基半导体技术。七十年后，我们被电子设备包围，尽管我们常常不愿承认，但在日常生活中已离不开它们。
过去几十年间，硅基器件的性能迅速提升，这主要得益于新颖的加工与图形化技术，而纳米技术则实现了器件的小型化并降低了成本。
多年来，硅一直是电子领域唯一的选择。但材料工程与纳米技术的最新进展为电子学开辟了新的路径。尽管传统硅基电子学仍将是主要关注点，但替代性趋势正在涌现，其中包括：
二维电子学
这一领域的兴起始于石墨烯的发现，石墨烯是碳的一种结构变体。石墨烯中的碳原子形成六边形的二维晶格，这一原子厚度的薄层因其高导电性和导热性、机械柔韧性以及极高的抗拉强度而备受关注。石墨烯是迄今测试过的最坚固的材料。
2010年，瑞典皇家科学院决定将诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov），以表彰他们在石墨烯研究中的“突破性实验”。
石墨烯或许开启了电子领域的这场二维革命，但硅烯、磷烯和锡烯分别是硅、磷和锡的单原子层同素异形体，它们具有相似的蜂窝状结构，但性质各不相同，因而应用也不同。
这四种材料都有可能改变我们所熟知的电子学，实现小型化、更高性能和成本降低。包括三星和苹果在内的多家全球公司正在开发基于石墨烯的应用。
有机电子学
导电聚合物及其应用的发展，促成了另一项诺贝尔奖，这次的获奖领域是2000年的化学奖。艾伦·J·黑格（Alan J. Heeger）、艾伦·G·麦克迪尔米德（Alan G. MacDiarmid）和白川英树（Hideki Shirakawa）证明了塑料可以导电。
与传统无机导体和半导体不同，有机电子材料是通过化学合成，由有机（碳基）分子或聚合物构成的。有机电子学不限于导电聚合物，还包括其他可能用于电子领域的有机材料，例如多种染料、有机电荷转移络合物以及许多其他有机分子。
就性能和产业发展而言，有机分子和聚合物目前尚无法与无机同类材料相抗衡。不过，与传统电子材料相比，有机电子学具有一些优势。低材料与生产成本、机械柔韧性、合成工艺的适应性以及生物相容性，使有机电子学成为某些应用中的理想选择。
依赖有机半导体的商用高科技产品，如曲面电视屏幕、智能手机显示屏、彩色光源和便携式太阳能电池，证明了有机电子学已具备产业成熟度。事实上，包括LG电子和三星在内的多家高科技公司已投资于低成本、高性能的有机电子器件。预计有机电子市场在未来几年将快速增长。
忆阻器
1971年，Leon Chua基于对称性论证提出，除电阻器、电容器和电感器之外，电子电路中还应存在第四种基本元件。他将其称为忆阻器，该名称是memory（记忆）与resistor（电阻器）的合成词。尽管Chua证明了忆阻器具有许多有趣且有价值的特性，但直到2007年，惠普实验室的一个研究团队才发现，在特定条件下，纳米尺度系统中可能出现忆阻效应。许多研究人员认为，忆阻器可能会终结我们所熟知的电子学，并开启“离子学”的新纪元。
常见晶体管的功能依赖电子流动，而忆阻器则将电子与离子（即带电原子）结合起来。在晶体管中，一旦电子流动被中断（例如切断电源），所有信息都会丢失。忆阻器则会“记住”并存储流经其中的电荷量信息，即使在断电时也是如此。
忆阻器的发现为更好的信息存储铺平了道路，使新型存储器件更快、更安全、更高效。即使断电，也不会造成信息丢失。基于忆阻器的电路将使我们能够即时开关计算机，并立即开始工作。
过去几年，惠普一直在研发一种基于忆阻器技术的新型计算机。惠普计划于2020年前推出该产品。
自旋电子学
自旋电子学是“spin transport electronics”（自旋输运电子学）的合成词，指利用粒子的一种基本属性——“电子自旋”——进行信息处理。电子自旋可以被探测为具有两种取向之一的磁场：向上或向下。这为由简单电流表示的传统低电平和高电平逻辑值额外提供了两种二元状态。在电子的电荷和自旋中同时承载信息，有望使器件具备更丰富的功能多样性。
迄今为止，自旋电子技术已在硬盘和基于自旋的晶体管等信息存储器件中得到测试。自旋电子技术在数字电子学领域同样展现出广阔前景。能够操控四种而非仅两种确定的逻辑状态，可能带来更强的信息处理能力、更快的数据传输速度和更大的信息存储容量。
与硅基器件相比，自旋输运电子器件有望更小、用途更广，也更加稳健。目前该技术仍处于早期发展阶段。尽管研究十分密集，我们仍需再等待几年，才能看到首款商用自旋电子芯片问世。
分子电子学
电路的终极目标是小型化。分子电子学也称单分子电子学，是纳米技术的一个分支，它以单个分子或单分子集合体作为电子构件。
分子电子学与上述有机电子学有许多共同之处，两个领域在某些方面相互交叉。需要说明的是，有机电子学指的是块体尺度的应用，而分子尺度电子学指的是纳米尺度的单分子应用。
传统电子器件通常由块体材料制成。然而，电子学的小型化趋势迫使电子元件的特征尺寸相应缩小。在单分子电子学中，块体材料被单个分子所取代。电子元件尺寸的减小降低了功耗，同时提高了器件的灵敏度（有时还提升了性能）。某些分子体系的另一优势，是其倾向于自组装成功能单元。自组装是一种现象，即体系中的组分由于相互作用或环境因素而自发聚集，形成更大的功能单元。
已开发出若干分子电子学解决方案，包括分子导线、单分子晶体管和整流器。然而，分子电子学仍处于早期研究阶段，这些器件中尚无一个走出实验室。
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