超材料（metamaterial）指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。它是一种特种复合材料或结构，通过对材料关键物理尺寸上进行有序结构设计，使其获得常规材料所不具备的超常物理性质，在电学、磁学和光学等方面具备天然材料所不具备的特殊性质。
1968年，前苏联理论物理学家菲斯拉格发现，介电常数和磁导率都为负值物质的电磁学性质，与常规材料不同，它会带来反常的物理现象，超材料的概念由此而来。超材料技术的出现，颠覆了传统意义上的折射定律、反射定律，比如说它可以使电磁波往反向反射，也可以往指定方向反射。可以定制化的扭曲空间，使无数不可能成为可能。
在本世纪初，英国帝国理工学院的John Pendry提出了用人造微结构实现负折射现象，而后经过科学家们反复探索与求证，2001年，当时在加州大学圣地亚哥分校的大卫•史密斯教授用超材料实现了负折射现象并且随后发表在《科学》杂志上，引发学术界高度关注和议论，推动了超材料学科的建立。
随后超材料引发全球广泛关注。2005年，波音公司通过制造与测试，进一步验证了负折射率超材料理论；2006年美国杜克大学团队用超材料微结构展示了对光学变换“隐身衣”的近似实验模型，在《科学》杂志发表，2009年该研究组的刘若鹏、季春霖等在《科学》杂志上发表宽频带的隐身衣，解决了超材料大规模和大带宽的设计，引发了业界的轰动，推动了超材料从科学向技术的转化。
美国《科学》杂志将超材料列入本世纪前10年的10项重要科学进展之一，《MaterialsToday》杂志在2008年将超材料评为材料科学50年中的10项重要突破之一。认为它在新一代信息技术、国防工业、新能源技术、微细加工技术等领域将有重大作为。为此，欧美等发达国家给予超材料极度重视。这期间也产生了一系列研究成果，最为显著的是2006年，北卡罗来纳州的杜克大学和伦敦帝国理工学院的研究者使用超材料让一个物体在微波射线下隐形，这种隐身技术后来被应用到军工高尖端装备上，最具代表性的就隐形战机。
具体来说，目前超材料的研究有两大方向。
(1)电磁超材料
电磁超材料是目前超材料研究的主要方向，它将使人类继利用半导体自由调控电子传输之后，首次具备了自由调控电磁波的能力。这对未来的新一代通信、光电子/微电子、先进制造产业以及隐身、探测、核磁、强磁场、太阳能及微波能利用等技术将产生深远的影响。
隐身衣就是电磁超材料迄今为止研究最为集中的方向，其重要应用价值大家不言自明。
“电磁黑洞”是一种能够全向捕捉电磁波的电磁超材料，能引导电磁波在壳层内螺旋式地行进，直至被有耗内核完全吸收，使基于引力场的黑洞很难在实验室里模拟和验证的难题迎刃而解。这一现象的发现，不仅将为太阳能利用技术增加新的途径，产生全新的光热太阳能电池，还能应用于红外热成像技术，大幅度提高红外信号探测能力，因而在飞机、导弹、舰船、卫星等方面获得广泛的应用。
慢波结构是一种能使电磁波减速甚至停止的电磁超材料，不仅可应用于太阳能发电、高分辨红外热成像技术，还可应用于光缓存和深亚波长光波导，极大增强非线性效应，促进光电技术的发展。
超材料透镜是一种可实现高定向性辐射的电磁超材料，可用于制造先进的透镜天线、新型龙伯透镜、小型化相控阵天线、超分辨率成像系统等。
(2)常规材料的超材料
如将超材料设计思想应用于常规材料，比如说超导材料、石墨烯、碳纤维、钛合金，甚至钢、铁、陶瓷等常规材料，可在显著提高常规材料综合性能的同时，还大幅度减少稀缺元素用量，为提升传统材料产业提供了新的技术途径。例如，常规软磁与硬磁材料按特定的空间排布方式复合、普通碳钢与高硬度陶瓷或其他高硬度材料按特定的空间排布方式复合，可在不使用钕、铬、镍等稀缺金属的情况下，使磁性材料的磁能级成倍提高，而耐磨钢的耐磨性与强韧性矛盾得到很好解决。
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