全息，顾名思义，就是记录光场的全部信息。信息记录过程是两束相干光束重叠，产生干涉图。干涉图的强度由两束相干光束的振幅和相位决定。干涉图被记录材料保存为全息图，这是一个光照下的化学物理过程，最终在其内部形成全息光栅。两束相干光束的任意一束照射全息图都可以再现出另一束相干光束。一个常见的例子就是一束光照射到全息图上，我们可以看到一个三维的图像。具体的物理过程简介如下：一束平面光束（或者球面光束）分为两束作为两束相干光束，其中一束照射到三维物体上，其散射光与另一束相干光干涉，全息图记录了散射光的全部信息：散射光的强度（光场的振幅）和三维物体表面的起伏（光场的相位）。用相干光照射全息图时，散射光就可以真实的再现出原来的三维物体。
为把全息技术应用到数据存储中，必须利用体全息图来存储数据。所谓体全息图就是要求记录材料的厚度大于干涉图中的特征长度。这种情况下，对从全息图中衍射出来的光束要求有很强的选择性，仅有入射光角度波长振幅等模式与记录光束完全匹配的时候，衍射光束的强度达到最大值。这一限制，叫做布拉格条件，在全息存储中用来复用，即改变入射光的某一条件，在记录材料的同一位置可以存储多个入射光波，以便达到超高的存储密度。
全息数据存储系统的示意图如下图1.微光器发出的光束经有分光棱镜，分为参考光和信号光。原始信息经过采样量化，成为数字信息。数据经过编码成为二维数据页，上载到空间光调制器。空间光调制器根据上载的数据对信号光的振幅或相位进行调制，调制后的信号光与参考光在记录材料里干涉，数据就以全息光栅的形式存储在材料中。数据读取时，关闭信号光，参考光照射记录材料，携带数据的信号光再现处理被探测器接手，经过解码，就得到数据，由于一次可以记录或者读取一个数据页，全息存储系统理论上可以达到很高的数据传输率。由于全息存储在记录材料的同一位置存储多幅全息图，用相应的参考光就可以读出信号光。
体全息技术可以存储全息图和在同一位置存储多幅全息图的特点，是的全息存储和传统的光学存储有两大不同，传统的光学存储器，如CD、DVD、Blu-ray等都是串行，逐比特的读写数据，全息存储器则是并行，逐页的读写数据，这使得全息存储器在归档记录和读取速率上有了显著的提升。全息存储另一个特点是允许多幅数据页存储在记录材料的同一位置，达到超高的存储密度。尽管人们早就认识到全息存储技术的优势，找到合适的全息记录材料是一项关键的任务。记录材料要求动态范围大，敏感性高，尺度稳定性好，光学质量高，厚度合适等。记录材料的发展对全息存储系统起到重要的支撑作用。
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