1、压电效应
压电材料是指受到压力作用时在其两端面产生电荷的一大类单晶或多晶固体材料，是能量转换和信号传递的重要载体。最早报道材料具有压电特性的是法国物理学家居里兄弟。1880年，他们发现将重物置于石英晶体上时，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成正比，并将此现象称为压电效应。压电效应可分为正压电效应和逆压电效应两种。某些介电体在机械力作用下发生形变，使介电体内正负电荷中心发生相对位移而极化，以致两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与应力成比例。这种由“压力”产生“电”的现象称为正压电效应。反之，若将具有压电效应的介电体置于外电场中，电场使介质内部正负电荷位移，导致介质产生形变。这种由“电”产生“机械变形”的现象称为逆压电效应。
2、压电材料
（1）压电单晶
压电单晶是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。此类晶体结构无对称中心，因而具有压电性，如石英晶体、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。压电单晶材料的生长方法包括水热法、提拉法、坩埚下降法和泡生法等。
（2）压电陶瓷
压电陶瓷泛指压电多晶体，是指以必要成分的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。具有压电性的陶瓷称为压电陶瓷。压电陶瓷材料具有良好的耐潮湿、耐磨和耐高温性能，硬度较高，物理和化学性能稳定。压电陶瓷材料包括钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT等。
（3）压电薄膜
压电薄膜材料是原子或原子团经溅射等方法沉积在衬底上形成的，其结构可为非晶态、多晶甚至单晶。利用压电薄膜制备器件无需使用价格昂贵的压电单晶，只需在衬底上沉积一层很薄的压电材料，因而具有经济、省料的特点。此外，制备薄膜过程中可按照一定取向沉积薄膜，无需进行极化定向和切割等工艺。利用压电薄膜制备的器件应用范围广泛、制作简单、成本低廉，同时能量转换效率高，并能与半导体工艺集成，符合压电器件微型化和集成化的发展趋势。
目前应用较为广泛的压电薄膜材料主要有氮化铝（AlN）、氧化锌(（ZnO）和PZT系列压电薄膜材料，其性能比较如下表所示：
AlN是一种具有纤锌矿结构的重要III-V族氮化物，结构稳定性高。与ZnO和PZT压电薄膜相比，AlN薄膜的压电响应较低，但其优点在于声波速较高，因此可用于制备高频（如GHz）滤波器件和高频谐振器等。此外，AlN压电薄膜具有优异的高温性能，其压电性在1200℃时依旧良好，故AlN压电薄膜器件能够适应高温环境。该薄膜材料还具有很高的化学稳定性，在腐蚀性工作环境下器件仍能正常工作而不受影响。AlN材料还具有良好的热传导性能，器件工作时可及时将热量传导出去，避免因产热过多而缩短器件的使用寿命。基于上述多方面性能优势，AlN压电薄膜已得到相应应用。例如，基于AlN压电薄膜的体声波谐振器（FBAR），其谐振频率可达GHz，在通讯领域得到广泛应用。
ZnO与AlN同样具有纤锌矿结构。高质量、高c轴择优取向的ZnO具有良好的压电性能。ZnO晶格常数与硅衬底相近，因此晶格匹配度较高。目前制备高洁净度ZnO薄膜的技术已较为成熟。然而，ZnO的主要缺陷在于难以用于恶劣环境。由于其属于两性氧化物，抗腐蚀能力较弱，因而影响了其在特定环境下的应用。
锆钛酸铅是由PbTiO3和PbZrO3组成的二元系固溶体，其化学式为Pb（Zr1-xTix）O3，简写为PZT。PbTiO3和PbZrO3均为ABO3型钙钛矿结构，因此PZT亦属钙钛矿结构。此外，可在PZT中添加其他微量元素（如铌、锑、锡、锰、钨等）以改善其性能。
PZT薄膜是目前应用最为广泛的压电材料之一，具有高压电特性的PZT材料已被大量应用于扬声器、超声成像探头、超声换能器、蜂鸣器及超声电机等电子器件中。早期，人们采用溶胶-凝胶法制备PZT薄膜，并将其实际应用于MEMS器件，如驱动器、换能器和压力传感器。随着薄膜制备技术的发展，多种制备手段相继涌现，并利用磁控溅射技术、脉冲激光沉积技术（PLD）、化学气相沉积（CVD）和金属化合物气相沉积技术等多种方法制备了PZT压电薄膜。与非铁电的ZnO材料相比，PZT压电薄膜最重要的优点在于其具有铁电性。在一定的外加电场和温度条件下，PZT材料内部电畴发生转动，自发极化方向重新确定，使多晶材料中原本随机排列的极化轴在电场作用下取向排列，从而产生净压电响应。因此，PZT材料的压电性能优于ZnO材料，达到其两倍以上。PZT薄膜已被广泛应用于光电子学、微电子学、微机电系统和集成光学等领域。
PZT薄膜材料具有高介电常数、低声波速度、高耦合系数，其横向压电系数和纵向压电系数在三者中最高，被视为三者中最具前景的压电薄膜材料。但PZT薄膜制备过程复杂，与MEMS工艺兼容性较差，制备过程中须严格控制各组分比例，压电特性受晶向、成分配比、颗粒度等因素影响，重复制备高质量PZT薄膜存在较大困难。目前工业界最常采用的压电材料仍以AlN为主流。