Złącze tunelowe to punkt, w którym spotykają się dwa różne materiały przewodzące prąd elektryczny lub magnetyczne, zwykle oddzielone cienką barierą, w celu przepuszczania elektronów z jednego materiału do drugiego. Definiującym aspektem połączenia tunelowego jest to, że, mówiąc mechanicznie, elektrony są zbyt słabe, aby przebić się przez barierę połączenia, ale robią to mimo to dzięki zasadzie zwanej tunelowaniem kwantowym. Złącza tunelowe są przydatne w wielu szybko działających urządzeniach elektronicznych, takich jak układy pamięci flash, zwiększając wydajność ogniw fotowoltaicznych i konstruując niezwykle szybkie diody zdolne do reagowania przy wyższych częstotliwościach, niż byłoby to możliwe w innym przypadku.
Zasada tunelowania kwantowego, na której opiera się działanie wszystkich połączeń tunelowych, opiera się na teoriach mechaniki kwantowej. Teorie te stwierdzają, że chociaż z matematycznego punktu widzenia elektronowi brakuje aktywnej energii mechanicznej, aby przejść przez zmagazynowaną energię danej bariery, szanse na to, że dany elektron przebije barierę, choć bardzo małe, nie są zerowe. Ponieważ przejście elektronu przez wyraźnie wyższą barierę nie jest zwykle matematycznie ani mechanicznie możliwe, ale mimo to istnieje, naukowcy przypuszczają, że elektron osiąga to dzięki teorii mechaniki kwantowej zwanej dualizmem falowo-cząsteczkowym.
Teoria dualizmu falowo-cząsteczkowego stwierdza, że wszystkie formy materii, elektryczność w przypadku połączenia tunelowego, istnieją jednocześnie w dwóch oddzielnych stanach. Po pierwsze, materia istnieje jako cząstka, taka jak elektron, która ma określoną ilość aktywnej energii mechanicznej ze względu na swoją masę i prędkość. Po drugie, materia istnieje jako kształt fali, który działa i wibruje z określoną częstotliwością.
W wyniku dualizmu falowo-cząsteczkowego elektron może nie mieć aktywnej energii mechanicznej, aby przejść przez barierę; jednak przy wystarczająco wysokiej częstotliwości może mieć wystarczającą energię fali, aby przejść przez barierę. Przy wystarczająco wysokiej częstotliwości energia fali elektronu może dosłownie wibrować przez barierę niskiej częstotliwości w działaniu zwanym tunelowaniem kwantowym. W wyniku bardzo wysokich częstotliwości związanych z tunelowaniem kwantowym, działania zaangażowanych elektronów zachodzą niezwykle szybko, co pozwala urządzeniu korzystającemu ze złącza tunelowego działać niezwykle szybko. Prędkość tę można następnie wykorzystać do przyspieszenia działania sprzętu elektrycznego lub do wykrywania, identyfikacji i reagowania na bardzo szybko poruszające się formy energii, takie jak fale świetlne.
W praktyce złącza tunelowe znajdują zastosowanie przede wszystkim w elektronice. Zapewniają szybkość odczytu i zapisu do i z pamięci flash, umożliwiają produkcję niezwykle szybkich oscylatorów, które zwiększają szybkość operacyjną komputerów oraz umożliwiają budowę instrumentów naukowych, które mogą wykrywać i działać w środowiskach o wysokim promieniowaniu.
Węzeł tunelowy może być również wykorzystywany do interakcji z energią świetlną i jest zaangażowany w szereg projektów badawczych związanych ze światłem. W badaniach nad czystą energią jest on włączany do wysokowydajnych ogniw słonecznych, gdzie jego wysokie częstotliwości operacyjne pozwalają na wychwytywanie większej ilości energii niż konwencjonalne ogniwa z tej samej ilości światła. Jest również używany w połączeniu z nadprzewodnikami do produkcji detektorów podobnych do tych stosowanych w aparatach cyfrowych, z wyjątkiem tego, że mogą one widzieć ultrafiolet, promienie rentgenowskie i wiele innych rodzajów energii falowych i promieniowania.