Metamaterialien sind im Labor hergestellte Materialien, die im Gegensatz zu anderen in der Natur vorkommenden Substanzen elektromagnetische Wellen biegen können. Ein Aspekt von ihnen ist, dass solche Materialien Lichtstrahlen in die entgegengesetzte Richtung biegen können, eine Eigenschaft, die als negativer Brechungsindex bekannt ist. Da verschiedene Arten von Metamaterialien mit Hilfe von Computern erstellt werden, um die nanoskalige Struktur zu simulieren und aufzubauen, werden mehr Anwendungen von Metamaterialien realisiert. Sie können verwendet werden, um miniaturisierte Antennen und Kommunikationssysteme herzustellen; präzise Bildgebungssysteme in Fertigung, Verteidigung und Medizin; sowie in Militär- und Raumfahrtanwendungen eingesetzt werden. Es wurde auch die Theorie aufgestellt, dass Metamaterial-Cloaking das Licht um ein Objekt beugt, um es unsichtbar zu machen.
Das Konzept dieser Materialien basiert darauf, dass elektromagnetische Wellen durch Wechselwirkungen mit Atomen und Molekülen in der Natur beeinflusst werden. Auf einer submikroskopischen Skala können bestimmte Materialien verändert werden, um das Verhalten dieser Wellen zu beeinflussen, bis sie auf eine Weise wirken, die sie normalerweise nicht tun. Es wurden Objekte mit einem Bruchteil der Größe einer Lichtwellenlänge geschaffen, die es ermöglichen, elektromagnetische Wellen in einer Vielzahl von Anwendungen zu manipulieren. Eine Anwendung von Metamaterialien ist der Einsatz in Antennen, die auf Leiterplatten geätzt werden können und sehr wenig Platz beanspruchen. Miniaturgeräte, die Antennen verwenden, sind daher ebenso möglich wie kleinere Schaltungen, die Breitbandfrequenzen und Phasenverschiebungen in der Elektronik steuern.
Metamaterialien können auch in Bildgebungssystemen verwendet werden, die bei Auflösungen arbeiten, die größer sind als die Grenzen der Lichtwellenlänge. Die Anwendungen von Metamaterialien reichen in diesen Fällen von der Erhöhung der Dichte kleiner elektronischer Komponenten über präzise medizinische Bildgebungssysteme bis hin zu Inspektionsgeräten für die Fertigung. Meta-Oberflächen aus Materialien, die elektromagnetische Wellen verändern, sind so organisiert, dass die kleinräumige Geometrie die Bewegung der Wellen beeinflusst. Die Stoffe, aus denen sie aufgebaut sind, haben nicht so viel Einfluss.
Auch Antennensysteme und Kommunikationselektronik in Satelliten können Metamaterialien enthalten. Die Nutzlastgröße wird minimiert, wodurch es einfacher wird, einen kleineren Satelliten zu starten und weniger teuer zu entwerfen und zu bauen. Zu den Anwendungen von Metamaterialien gehören auch kleinere Sicherheitsausrüstungen und -geräte, die vom Militär verwendet werden. Wissenschaftler haben sogar Metamaterialien auf die Theorie des Cloaking oder des Biegens von Licht angewendet, damit ein Objekt unsichtbar wird. Bis jetzt, ab 2011, waren Ingenieure in der Lage, jeweils eine Wellenlänge zu tarnen, haben jedoch über Anwendungen von Metamaterialien zur Verbesserung der Leistung von drahtlosen Geräten, Speicher und optischen Linsen theoretisiert.