Optoelektronika yra elektronikos šaka, susijusi su elektros energijos pavertimu šviesa ir šviesos pavertimu elektros energija naudojant medžiagas, vadinamas puslaidininkiais. Puslaidininkiai yra kietos kristalinės medžiagos, kurių elektrinis laidumas yra mažesnis nei metalų, bet didesnis nei izoliatorių. Jų fizinės savybės gali būti pakeistos veikiant įvairių tipų šviesai arba elektrai. Be matomos šviesos, žmogaus akiai nematomos spinduliuotės formos, tokios kaip ultravioletinė ir infraraudonoji šviesa, gali paveikti šių medžiagų savybes.
Vienas iš pirmųjų fizikos atradimų, paskatinusių šiuolaikinės optoelektronikos vystymąsi, yra žinomas kaip fotoelektrinis efektas. Fotoelektrinis efektas yra elektronų išskyrimas iš medžiagos, kai ją veikia tam tikros rūšies šviesa. Kai medžiaga sugeria pakankamai energijos šviesos pavidalu, elektronai gali būti numušti nuo medžiagos paviršiaus, taip generuojant elektros srovę ir paliekant elektronų skylutes. Susijęs reiškinys yra fotovoltinis efektas, kai sugerta šviesa priverčia medžiagos elektronus pakeisti energijos būsenas ir taip sukurti įtampą, kuri gali generuoti elektros srovę.
Saulės energijos gamyba naudojant saulės elementus, kurie sugeria saulės šviesą, yra įprastas šių efektų pranašumas. Tokiu būdu pagaminta elektra gali būti naudojama tiesiogiai arba kaupiama akumuliatoriuose vėlesniam naudojimui. Praktinis saulės elementų pritaikymas apima elektros energijos gamybą žemėje, pvz., atokiose vietose esančiuose namuose, kuriuose nėra tinklo, ir kosmose, pavyzdžiui, palydovams.
Elektroliuminescencija yra dar vienas svarbus efektas, naudojamas optoelektronikoje. Kai elektra naudojama tam tikroms medžiagoms, didelės energijos būsenos elektronai susijungia su elektronų skylėmis ir patenka į stabilesnes mažesnės energijos būsenas, taip išskirdami energiją šviesos pavidalu. Šviesos diodai (LED) yra dažnas elektroliuminescencijos naudojimo pavyzdys. Įvairių spalvų šviesos diodai naudojami kaip įjungimo indikatoriai, skaitmeniniuose ekranuose tokiems daiktams kaip skaičiuotuvai ir buitinė technika, ženklams ir šviesoforams apšviesti, kaip priekiniai žibintai ir signalai ant automobilių ir kt. Automobilių prietaisų skydelio prietaisų skydeliuose apšvietimui taip pat dažnai naudojama elektroliuminescencija.
Fotolaidumas yra padidėjusio apšviestos medžiagos laidumo reiškinys. Šis efektas kinta esant didesniam šviesos intensyvumui, todėl tam tikrose medžiagose susidaro daugiau elektronų ir elektronų skylių, todėl padidėja šių medžiagų elektrinis laidumas. Taikant šį konkretų optoelektronikos reiškinį, buvo įmanoma sukurti kopijavimo aparatus. Kai fotokopijuoklio aparato šviesai laidus paviršius veikiamas vaizdu, susidaro laidumo skirtumas tarp apšviestų sričių, kuriose nėra vaizdo, ir neapšviestų dalių, kuriose nėra. Dėl to milteliai aparate paskirstomi vaizdo pavidalu, o po to jie sulydomi su popieriaus skiaute, kad būtų užbaigtas kopijavimo procesas.
Šie ir kiti optoelektroniniai efektai yra integruoti į daugybę įrenginių ir taikomųjų programų įvairiais deriniais, o dar daugiau yra kuriama. Daugelyje pramonės šakų įvyko perversmas dėl optoelektronikos taikymo. Optoelektroniniai prietaisai atlieka svarbų vaidmenį taikomosiose programose ir gaminiuose nuo kompiuterių iki ryšių, medicinos technologijų iki karinės įrangos, fotografijos ir kitų vaizdo gavimo technikų ir ne tik.