Optoelektronika je veja elektronike, ki se ukvarja s pretvarjanjem električne energije v svetlobo in pretvarjanjem svetlobe v električno energijo s pomočjo materialov, imenovanih polprevodniki. Polprevodniki so trdni kristalni materiali z električno prevodnostjo, ki je nižja od prevodnosti kovin, vendar večja od prevodnosti izolatorjev. Njihove fizikalne lastnosti se lahko spremenijo z izpostavljenostjo različnim vrstam svetlobe ali elektriki. Poleg vidne svetlobe lahko na lastnosti teh materialov vplivajo tudi oblike sevanja, kot sta ultravijolična in infrardeča svetloba, ki niso vidne človeškemu očesu.
Eno najzgodnejših fizičnih odkritij, ki je privedlo do razvoja sodobne optoelektronike, je znano kot fotoelektrični učinek. Fotoelektrični učinek je oddajanje elektronov materiala, ko je izpostavljen določenim vrstam svetlobe. Ko material absorbira dovolj energije v obliki svetlobe, se lahko elektroni udarijo s površine materiala, s čimer se ustvari električni tok in pusti za seboj elektronske luknje. Podoben pojav je fotonapetostni učinek, pri katerem absorbirana svetloba povzroči, da elektroni materiala spremenijo energijska stanja in s tem ustvarijo napetost, ki lahko ustvari električni tok.
Proizvodnja sončne energije s sončnimi celicami, ki absorbirajo sončno svetlobo, je pogosta aplikacija, ki izkorišča te učinke. Tako pridobljeno električno energijo lahko uporabimo neposredno ali shranimo v baterije za kasnejšo uporabo. Praktične uporabe sončnih celic vključujejo proizvodnjo električne energije na zemlji, na primer za domove brez omrežja na oddaljenih lokacijah, in v vesolju, na primer za satelite.
Elektroluminiscenca je še en pomemben učinek, ki se uporablja v optoelektroniki. Ko se električna energija uporablja na določene materiale, poganja elektrone v visokoenergetskih stanjih, da se združijo z elektronskimi luknjami in padejo v stabilnejša stanja nižje energije, s čimer se sprosti energija v obliki svetlobe. Svetleče diode (LED) so pogost primer uporabe elektroluminiscence. LED diode v različnih barvah se uporabljajo kot indikatorji vklopa, v digitalnih zaslonih za predmete, kot so kalkulatorji in gospodinjski aparati, za osvetljevanje znakov in semaforjev, kot žarometi in signali na avtomobilih in drugo. Instrumentne plošče na armaturni plošči v vozilih običajno uporabljajo tudi elektroluminiscenco za osvetlitev.
Fotoprevodnost je pojav povečane prevodnosti materiala pod osvetlitvijo. Ta učinek se spreminja z večjo intenzivnostjo svetlobe, ki ustvarja več elektronov in elektronskih lukenj v določenih materialih, s čimer se poveča električna prevodnost teh materialov. Fotokopirni stroji so bili omogočeni z uporabo tega posebnega fenomena optoelektronike. Ko je fotoprevodna površina v fotokopirnem stroju izpostavljena sliki, se ustvari razlika v prevodnosti med osvetljenimi območji, ki ne vsebujejo slike, in neosvetljenimi deli, ki jo. Posledično se prah v stroju porazdeli v obliki slike, nato pa se zlije na kos papirja za dokončanje postopka kopiranja.
Ti in drugi optoelektronski učinki so integrirani v široko paleto naprav in aplikacij v številnih kombinacijah, še več jih je v razvoju. Številne industrije so bile revolucionirane z uporabo optoelektronike. Optoelektronske naprave igrajo ključno vlogo v aplikacijah in izdelkih od računalnikov do komunikacij, medicinske tehnologije do vojaške opreme, fotografije in drugih tehnik slikanja ter več.