Το πεδίο των διηλεκτρικών είναι ένας κλάδος της φυσικής που καλύπτει τον τρόπο με τον οποίο τα μονωτικά υλικά διαχωρίζουν διαφορετικά ηλεκτρικά φορτία σε έναν πυκνωτή. Ένας πυκνωτής είναι μια συσκευή με δύο μεταλλικές πλάκες με αντίθετα φορτία, με ένα διηλεκτρικό μονωτικό υλικό μεταξύ τους κρατά τα φορτία χωριστά. Οι ιδιότητες που επηρεάζουν τα διηλεκτρικά μπορεί να περιλαμβάνουν τη θερμική διαστολή, τη θερμική αγωγιμότητα και την ειδική θερμότητα. Η ισχύς των αλληλεπιδρώντων φορτίων σε ένα δεδομένο υλικό ορίζεται από τη διηλεκτρική σταθερά. Όλα τα υλικά, συμπεριλαμβανομένου του αέρα, του νερού, του γυαλιού και διαφόρων μερών του ανθρώπινου σώματος έχουν μια συγκεκριμένη διηλεκτρική σταθερά και τα διηλεκτρικά έχουν χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη υπεραγωγών, οπτικών συστημάτων τηλεπικοινωνιών και μικροηλεκτρονικών συσκευών.
Τα μη μεταλλικά στερεά λειτουργούν ως μονωτές επειδή δεν φέρουν καλά φορτία, επομένως τα θετικά και τα αρνητικά φορτία παραμένουν σε αντίθετες πλευρές. Οι πλάκες σε έναν πυκνωτή μπορούν να απέχουν μεταξύ τους με πολύ μικρά περιθώρια, με ένα διηλεκτρικό υλικό ενδιάμεσα, μειώνοντας την ισχύ ενός ηλεκτρικού πεδίου και εμποδίζοντας μια συσκευή να βραχυκυκλώσει. Η χωρητικότητα προκύπτει από μια αναλογία μεταξύ φορτίου και τάσης και μετράται αναλογικά με τη διηλεκτρική σταθερά του μονωτικού υλικού. Εάν το φορτίο και η τάση είναι πολύ υψηλά, το διηλεκτρικό υλικό αποτυγχάνει, τα φορτία δεν μπορούν πλέον να διαχωριστούν και μπορεί να συσσωρευτεί αρκετή θερμότητα για να βλάψει τον πυκνωτή και τα σχετικά ηλεκτρονικά.
Η επιστήμη των διηλεκτρικών έχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή πλακών κυκλωμάτων και των μικροσκοπικών εξαρτημάτων που τοποθετούνται σε αυτά. Είναι επίσης δυνατή η κατασκευή μικροσκοπικών εξαρτημάτων σε υψηλές ταχύτητες χρησιμοποιώντας πηγές φωτός όπως ορατό φως, υπεριώδες φως και ακτίνες Χ. Οι μονωτικές μεμβράνες από σύνθετα πολυμερή λειτουργούν επίσης ως διηλεκτρικά για πολύ μικρά ολοκληρωμένα κυκλώματα και τα μέρη τους. Μικρότερες διαστάσεις κυκλώματος σημαίνει ότι τα ρεύματα είναι πιο πιθανό να διαρρεύσουν και η αύξηση της θερμότητας μπορεί να βλάψει σημαντικά ένα εξάρτημα κυκλώματος που μόλις και μετά βίας μπορεί να δει με γυμνό μάτι. Οι πυκνωτές αποθήκευσης και η μη πτητική μνήμη χρησιμοποιούν υλικά με υψηλή διηλεκτρική σταθερά για να αντιστέκονται στις επιπτώσεις των ισχυρών φορτίων.
Οτιδήποτε από ένα κομμάτι μέταλλο στον αέρα μέχρι το ανθρώπινο οστό είναι διηλεκτρικό και μπορεί να αποθηκεύσει ένα ηλεκτρικό φορτίο. Οι επιστήμονες που μελετούν υλικά νανοκλίμακας έχουν επίγνωση των διηλεκτρικών για να βοηθήσουν στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αποθηκεύεται η ενέργεια σε διάφορα νανοσύνθετα υλικά. Κατά την κατασκευή δομών νανοκλίμακας, οι ερευνητές μπορούν να ελέγξουν πόσες φυσαλίδες αέρα υπάρχουν μέσα για να ρυθμίσουν τη διηλεκτρική σταθερά. Η σημασία της κατασκευής υλικών χωρίς ελαττώματα αντιμετωπίζεται με τη χρήση ειδικών μικροσκοπίων που μπορούν να μετρήσουν τις διηλεκτρικές ιδιότητες των μονωτικών υλικών. Μικροσκοπικά λεπτά διηλεκτρικά υλικά κατασκευάζονται συνεχώς με ιδιότητες που ταιριάζουν σε συγκεκριμένες εφαρμογές.