Metamaterijal je materijal s posebnim svojstvima koja proizlaze iz njegove strukture, a ne iz kemijskog sastava. Najpoznatiji metamaterijal su materijali s negativnim indeksom loma, što znači da se svjetlost savija “na krivu stranu” – to jest, znatno više od bilo kojeg materijala s pozitivnim indeksom loma.
Materijali s negativnim indeksom loma imaju primjenu u “superlećama” – posebnim lećama s potencijalom razlučivanja značajki manjih od valne duljine vidljive svjetlosti i mogućim nevidljivim ogrtačima koji glatko usmjeravaju vidljivu svjetlost oko predmeta umjesto da je apsorbiraju ili reflektiraju na uobičajeni način. Ovi materijali bi se također mogli koristiti u plazmonici, egzotičnom novom području računalstva koje za izračune koristi valove gustoće u nosačima naboja.
Većina metamaterijala koristi se za primjene u vezi s elektromagnetizmom i optikom, kao što su usmjerivači snopa, modulatori, pojasni filtri, leće, itd. Oni su ponavljajuće mreže staničnih komponenti, s veličinom ćelije otprilike jednakom valnoj duljini elektromagnetskog zračenja pokušavaju raditi s njima. Dakle, metamaterijal dizajniran za preusmjeravanje mikrovalova imao bi stanice u milimetarskom rasponu, dok bi metamaterijal dizajniran za primjenu u optici imao mnogo manje ćelije, oko 380 nm – 780 nm raspona.
Metamateriali se često povezuju s nanotehnologijom jer se sitne ponavljajuće stanične strukture koje se koriste za primjenu u optici mjere u nanometrima. Stvaranje metamaterijala može zahtijevati nove metode izrade, koje su moguće samo uz pomoć nanotehnologije. Kako nanotehnologija napreduje u nadolazećim desetljećima, ona će otključati nove metamaterijale i smanjiti njihovu cijenu.
Postoji barem jedan poznati prirodni metamaterijal – opal. Opal se sastoji od kristobalita, visokotemperaturnog polimorfa kvarca i tridimita koji nastaje u vulkanskim erupcijama. Rezultirajući materijal sastoji se od ogromnog broja sićušnih mineralnih stanica koje se neprestano prevrću u odnosu na drugu, stvarajući makro-efekt prekrasnog prikaza više boja, od kojih je najistaknutija briljantna plava. Istraživanja o prirodnim opalima i kvalitetama metamaterijala su u tijeku.