Το φαινόμενο Josephson είναι η διέλευση ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων μέσα από ένα λεπτό, μονωτικό διηλεκτρικό φράγμα που τοποθετείται ανάμεσα σε δύο υπεραγωγούς. Ένα ζεύγος ηλεκτρονίων χαλκού διέρχεται από το μονωτικό στρώμα μέσω ενός φαινομένου σήραγγας. Δεν υπάρχει πτώση τάσης ενώ το ρεύμα παραμένει κάτω από ένα συγκεκριμένο επίπεδο, το οποίο είναι γνωστό ως κρίσιμο ρεύμα. Υπό σταθερές, θετικές τάσεις, διατηρούνται εναλλασσόμενα ρεύματα καθώς και συνεχή ρεύματα από τη διέλευση ηλεκτρονίων. Το φαινόμενο είχε προβλεφθεί από τη θεωρία στις αρχές της δεκαετίας του 1960 από τον Brian D. Josephson και χρησιμοποιείται για τη λήψη μετρήσεων πολύ χαμηλών θερμοκρασιών και σε κυκλώματα διασταύρωσης Josephson που μπορούν να αλλάξουν γρήγορα σήματα για αποθήκευση δεδομένων.
Τα ηλεκτρόνια περνούν μέσα από ένα μονωτικό φιλμ που είναι μικροσκοπικά λεπτό. Το φαινόμενο Josephson μπορεί να ελεγχθεί εφαρμόζοντας ένα μαγνητικό πεδίο το οποίο μειώνει την ισχύ ενός υπερρεύματος κατά μήκος του φραγμού. Τα μαγνητικά πεδία εμποδίζονται να εισέλθουν στο εσωτερικό της διασταύρωσης Josephson από κλασματικές δίνες. Η ισχύς του ρεύματος ανεβαίνει και πέφτει σε διαφορετικά σημεία ενώ η ένταση του πεδίου εντείνεται, επιτρέποντας τον έλεγχο της διέλευσης του σήματος και της μεταγωγής.
Όταν οι υπεραγωγοί εκτίθενται σε συνεχές ρεύμα, ζεύγη ηλεκτρονίων περνούν μέσα από ένα φράγμα καθώς απελευθερώνονται ηλεκτρομαγνητικά κύματα, με αποτέλεσμα την παραγωγή μικρών ποσοτήτων φωτός αντί θερμότητας. Το φαινόμενο Josephson μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε ραδιοηλεκτρονικά που χρησιμοποιούνται σε εξαιρετικά ψυχρές συνθήκες, επειδή μια διασταύρωση Josephson μπορεί να λειτουργήσει σαν αισθητήρας ηλεκτρομαγνητικής ταλάντωσης. Τα κυκλώματα που βασίζονται σε αυτή τη διασταύρωση μπορούν επίσης να αποθηκεύσουν δεδομένα και μπορούν να κατασκευαστούν σε στενούς χώρους επειδή είναι τόσο αποτελεσματικά, επομένως είναι δυνατή η χρήση τους σε υπολογιστές.
Το φαινόμενο Josephson εμφανίζεται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και είναι πιο αποτελεσματικό σε θερμοκρασίες κοντά στους μηδέν βαθμούς Kelvin (περίπου -460°:F). Τα συστήματα που χρησιμοποιούν αυτό το εφέ μπορούν να συνδεθούν χαλαρά για τη μέτρηση των μαγνητικών πεδίων. Μπορούν επίσης να παράγουν χαμηλά επίπεδα ισχύος ως μέρος γεννητριών που μπορούν να σχεδιαστούν για μεταγωγή σε πολλές συχνότητες. Ο τρόπος χρήσης του φαινομένου Josephson εξαρτάται από τις γνώσεις ενός μηχανικού για την κβαντική φυσική και μετριέται χρησιμοποιώντας μια ποικιλία πολύπλοκων μαθηματικών τύπων.
Τα όργανα που ενσωματώνουν συνδέσμους Josephson χρησιμοποιούν το φαινόμενο Josephson για να κάνουν ακριβείς μετρήσεις διαστάσεων, να ενισχύσουν ηλεκτρομαγνητικά σήματα και να οδηγήσουν γρήγορους υπολογιστές. Ένας διακόπτης διασταύρωσης σήραγγας Josephson μεταδίδει σήματα πιο γρήγορα από οποιονδήποτε άλλο διακόπτη ημιαγωγών. Ένα τέτοιο σύστημα μπορεί να λειτουργεί σε συχνότητες συνεχούς ρεύματος ή μικροκυμάτων, έτσι οι υπεραγωγοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλές διαφορετικές εφαρμογές μετρολογίας και υπολογιστών.