Optoelektronika ir elektronikas nozare, kas nodarbojas ar elektriskās enerģijas pārveidošanu gaismā un gaismas pārveidošanu elektroenerģijā, izmantojot materiālus, ko sauc par pusvadītājiem. Pusvadītāji ir cieti kristāliski materiāli, kuru elektriskā vadītspēja ir zemāka nekā metāliem, bet lielāka nekā izolatoriem. To fizikālās īpašības var mainīt, pakļaujot dažāda veida gaismu vai elektrību. Papildus redzamajai gaismai šo materiālu īpašības var ietekmēt tādas starojuma formas kā ultravioletā un infrasarkanā gaisma, kas nav redzama cilvēka acij.
Viens no agrākajiem fizikas atklājumiem, kas noveda pie mūsdienu optoelektronikas attīstības, ir pazīstams kā fotoelektriskais efekts. Fotoelektriskais efekts ir materiāla elektronu emisija, kad tas tiek pakļauts noteikta veida gaismai. Kad materiāls absorbē pietiekami daudz enerģijas gaismas veidā, elektroni var tikt notriekti no materiāla virsmas, tādējādi radot elektrisko strāvu un atstājot aiz sevis elektronu caurumus. Saistīta parādība ir fotoelementu efekts, kurā absorbētā gaisma liek materiāla elektroniem mainīt enerģijas stāvokļus, tādējādi radot spriegumu, kas var radīt elektrisko strāvu.
Saules enerģijas ražošana ar saules baterijām, kas absorbē saules gaismu, ir izplatīta lietojumprogramma, kas izmanto šo efektu priekšrocības. Šādā veidā saražoto elektroenerģiju var izmantot tieši vai uzglabāt akumulatoros vēlākai lietošanai. Saules bateriju praktiskie pielietojumi ietver elektroenerģijas ražošanu gan uz zemes, piemēram, mājām, kas atrodas ārpus tīkla attālās vietās, gan kosmosā, piemēram, satelītiem.
Elektroluminiscence ir vēl viens svarīgs efekts, ko izmanto optoelektronikā. Kad elektrība tiek pielietota noteiktiem materiāliem, tā virza elektronus augstas enerģijas stāvokļos, lai tie apvienotos ar elektronu caurumiem un nonāktu stabilākos zemākas enerģijas stāvokļos, tādējādi atbrīvojot enerģiju gaismas veidā. Gaismas diodes (LED) ir izplatīts elektroluminiscences izmantošanas piemērs. Dažādu krāsu gaismas diodes tiek izmantotas kā ieslēgšanas indikatori, digitālajos displejos tādiem priekšmetiem kā kalkulatori un sadzīves tehnika, zīmju un luksoforu apgaismošanai, kā priekšējie lukturi un signāli uz automašīnām u.c. Arī transportlīdzekļu paneļu instrumentu paneļi apgaismojumam parasti izmanto elektroluminiscenci.
Fotovadītspēja ir materiāla paaugstinātas vadītspējas parādība apgaismojumā. Šis efekts mainās līdz ar lielāku gaismas intensitāti, radot vairāk elektronu un elektronu caurumu noteiktos materiālos, tādējādi paaugstinot šo materiālu elektrisko vadītspēju. Izmantojot šo konkrēto optoelektronikas fenomenu, kļuva iespējamas fotokopētāju iekārtas. Kad fotovadītāja virsma fotokopētājā tiek pakļauta attēlam, starp apgaismotajiem apgabaliem, kas nesatur attēlu, un neapgaismotajām sekcijām, kurās ir, rodas vadītspējas atšķirība. Rezultātā pulveris iekārtā tiek sadalīts attēla veidā, pēc kura tas tiek sapludināts ar papīra lapu, lai pabeigtu kopēšanas procesu.
Šie un citi optoelektroniskie efekti ir integrēti plašā ierīču un lietojumprogrammu klāstā daudzās kombinācijās, un vēl vairāk tiek izstrādātas. Daudzas nozares ir mainījušas optoelektronikas pielietojumu. Optoelektroniskajām ierīcēm ir izšķiroša nozīme lietojumos un produktos, sākot no datoriem līdz sakariem, medicīnas tehnoloģijām līdz militāram aprīkojumam, fotografēšanai un citām attēlveidošanas metodēm un ne tikai.