Mikroshēmā minituarizētās elektronikas komponentes – diodes, tranzistori, kondensatori, rezistori – ir integrētas pusvadītāja materiāla pamatnē un ir neatdalāmi saistītas savā starpā.

Atsevišķo integrālo shēmu komponenšu (diožu, tranzistoru) fizikālos darbības principus skaidro pusvadītāju fizika. Komponenšu kolektīvo darbību integrālā shēmā un elektrisko slēgumu veidošanu apskata elektronika.

Integrālās shēmas iedala analogās un digitālās (ciparu) shēmās. Analogās shēmas parasti ir vienkāršākas un sastāv no mazāka skaita komponenšu. Tās izmanto, lai apstrādātu signālus, kuri var mainīties nepārtraukti (ieņemt jebkuru vērtību) no minimālās līdz maksimālajai vērtībai. Savukārt digitālās integrālās shēmas strādā ar diskrētām signālu vērtībām, piemēram, binārajiem “0” un “1”. Eksistē arī jaukta tipa integrālās shēmas, kurās tiek apstrādāti gan analogi, gan digitāli elektriskie signāli.

Integrālās shēmas var iedalīt pēc funkcijām, kurām tās paredzētas. Lādiņa saites matricas un informācijas glabāšanas ierīces arī ir specializētu integrālo shēmu veidi.

Cits integrālo shēmu klasifikācijas veids ir pēc tajās ietilpstošo komponenšu skaita.

Integrālās shēmas pamatelements – tranzistors – tika izgudrots 1947. gadā AT&T Bella laboratorijā. Lai gan tranzistoru tehnoloģija izrādījās pārāka par tolaik elektronikā izmantotajām vakuuma lampām, daudzu komponenšu slēgumu veidošana vēl joprojām izrādījās problemātiska.

1958. gadā Džeks Kilbijs (Jack Clair Kilby) no uzņēmuma Texas Instruments un Roberts Noiss (Robert Norton Noyce) no uzņēmuma Fairchild Semiconductor Corporation neatkarīgi viens no otra izdomāja veidu, kādā visas elektronikas komponentes un savienojumus starp tām būtu iespējams apvienot vienā cietvielu ierīcē – integrālajā shēmā. Dž. Kilbijam par ieguldījumu integrālās shēmas izgudrošanā 2000. gadā tika piešķirta Nobela prēmiju fizikā.

Liela ietekme integrālo shēmu attīstībā ir bijusi itāļu fiziķim Federiko Fadžinam (Federico Faggin). 1968. gadā viņa vadībā tika izstrādāta jauna metāla oksīda pusvadītāja (metal oxide semiconductor, MOS) silīcija aizvara tehnoloģija (silicon gate technology, SGT), kas ir moderno integrālo shēmu pamatā, bet 1971. gadā F. Fadžins bija komandas sastāvā, kas izveidoja pirmo komerciālo mikroprocesoru – Intel 4004.

Integrālo shēmu tehnoloģiju nepārtraukto progresu līdz pat mūsdienām raksturo Mūra likums (Moore’s law), kas paredz, ka tranzistoru skaitam integrālajā shēmā katru divu gadu laikā ir jādubultojas.

Integrālās shēmas sastāv no pusvadītāju materiāla, parasti silīcija, plānajām kārtiņām. Galvenie soļi shēmu planāro struktūru izgatavošanā ir slāņu uzklāšana, fotolitogrāfija, kodināšana un piejaukuma jonu implantēšana. Piejaukuma joni funkcionalizē materiāla reģionus par n-tipa vai p-tipa pusvadītājiem, kas ir pamatelementi, lai izveidotu sarežģītākas elektronikas komponentes – diodes un tranzistorus. Slāņos tiek iestrādāti arī elektrisko strāvu vadoši reģioni, kas kalpo par savienojumiem starp atsevišķajām komponentēm. Pēc izgatavošanas tās shēmas, kas iztur testēšanu, ievieto izturīgos plastmasas korpusos. Savienošanai ar citām elektronikas komponentēm tiek izmantoti korpusam piestiprināti metāla kontakti.

Modernos čipos var ietilpt vairāk nekā miljards atsevišķo komponenšu, tādēļ shēmu dizaina veidošanā tiek izmantota specializēta datorprogrammatūra un datubāzēs pieejamie komponenšu slēgumi. Integrālās shēmas struktūra nosaka tās darbības principus un iespējamos pielietojumus.

Integrālās shēmas ir visu moderno elektronikas ierīču sastāvā. Tās var veikt signāla pastiprināšanas vai filtrēšanas funkcijas, kalpot par loģiskiem elementiem, trigeriem vai mikroprocesoriem. Integrālo shēmu svarīgākais pielietojums ir datortehnikā.

Integrālās shēmas ietilpst visu moderno elektronikas ierīču sastāvā, tādējādi tās var uzskatīt par vienu no svarīgākajiem 20. gs. izgudrojumiem. Integrālās shēmas ir arī tādās tautsaimniecībā un ražošanā plaši izmantotās ierīcēs kā kalkulators, viedtālrunis, dators un citās.

Nozīmīgākie integrālo shēmu ražotāji ir Samsung, Intel, SK Hynix, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Micron Technology, Broadcom, Qualcomm, Toshiba, Texas Instruments, Nvidia.

Viens no aktuāliem jautājumiem jau kopš 20. gs. 80. gadiem ir nepārtraukta integrālo shēmu veidojošo komponenšu skaita palielināšana. Lai nodrošinātu straujo attīstības tempu, ko pazīst kā Mūra likumu, ir nemitīgi jāattīsta jaunas ražošanas tehnoloģijas un jāmeklē inovatīvi risinājumi mikroshēmu konstrukciju veidošanā. Tālāk samazinot pašreizējās silīcija tehnoloģijas tranzistoru izmērus, nevēlamā veidā var izpausties kvantu tunelēšanas efekti. Līdz ar to aktīvi pētījumi norisinās alternatīvu elektronikas, fotonikas, spintronikas un orbitronikas ierīču koncepciju un prototipu izstrādē. Tiek izskatītas arī iespējas mikroshēmās izmantot citus materiālus, piemēram, indija gallija arsenīdu vai grafēnu.