Optoelektronika je grana elektronike koja se bavi pretvaranjem električne energije u svjetlo i pretvaranjem svjetlosti u električnu energiju pomoću materijala koji se nazivaju poluvodiči. Poluvodiči su čvrsti kristalni materijali čija je električna vodljivost niža od vodljivosti metala, ali veća od izolatora. Njihova fizička svojstva mogu se mijenjati izlaganjem različitim vrstama svjetlosti ili elektricitetu. Osim vidljive svjetlosti, na svojstva ovih materijala mogu utjecati i oblici zračenja poput ultraljubičastog i infracrvenog svjetla koji nisu vidljivi ljudskom oku.
Jedno od najranijih otkrića fizike koje je dovelo do razvoja moderne optoelektronike poznato je kao fotoelektrični efekt. Fotoelektrični efekt je emisija elektrona materijala kada je izložen određenim vrstama svjetlosti. Kada materijal apsorbira dovoljno energije u obliku svjetlosti, elektroni se mogu udariti s površine materijala, stvarajući tako električnu struju i ostavljajući za sobom elektronske rupe. Srodni fenomen je fotonaponski efekt u kojem apsorbirana svjetlost uzrokuje da elektroni materijala mijenjaju energetska stanja, stvarajući tako napon koji može generirati električnu struju.
Proizvodnja solarne energije pomoću solarnih ćelija koje apsorbiraju sunčevu svjetlost uobičajena je aplikacija koja koristi prednosti ovih učinaka. Ovako proizvedena električna energija može se koristiti izravno ili pohraniti u baterije za kasniju upotrebu. Praktične primjene solarnih ćelija uključuju proizvodnju energije i na zemlji, kao što su kuće izvan mreže na udaljenim lokacijama, i u svemiru, kao što su sateliti.
Elektroluminiscencija je još jedan važan učinak koji se koristi u optoelektronici. Kada se električna energija primjenjuje na određene materijale, pokreće elektrone u visokoenergetskim stanjima da se spoje s elektronskim rupama i padaju u stabilnija stanja niže energije, čime se oslobađa energija u obliku svjetlosti. Svjetlosne diode (LED) čest su primjer korištenja elektroluminiscencije. LED diode u raznim bojama koriste se kao indikatori uključivanja, u digitalnim zaslonima za predmete kao što su kalkulatori i kućanski aparati, za osvjetljavanje znakova i semafora, kao farovi i signali na automobilima i još mnogo toga. Ploče s instrumentima u vozilima također obično koriste elektroluminiscenciju za osvjetljenje.
Fotovodljivost je pojava povećane vodljivosti materijala pod osvjetljenjem. Ovaj učinak varira s većim intenzitetom svjetlosti generirajući više elektrona i elektronskih rupa u određenim materijalima, čime se povećava električna vodljivost tih materijala. Fotokopirni strojevi postali su mogući zahvaljujući primjeni ovog posebnog fenomena optoelektronike. Kada se fotokonduktivna površina u fotokopirnom stroju izloži slici, stvara se razlika u vodljivosti između osvijetljenih područja koja ne sadrže sliku i neosvijetljenih dijelova koji to čine. Kao rezultat toga, prah se u stroju distribuira u obliku slike, nakon čega se spaja s komadom papira kako bi se završio proces kopiranja.
Ovi i drugi optoelektronički učinci integrirani su u široku lepezu uređaja i aplikacija u brojnim kombinacijama, s još više u razvoju. Mnoge industrije doživjele su revoluciju primjenom optoelektronike. Optoelektronički uređaji igraju ključnu ulogu u aplikacijama i proizvodima od računala do komunikacija, medicinske tehnologije do vojne opreme, fotografije i drugih tehnika snimanja i šire.