Технология осаждения атомных слоев, изначально названная «эпитаксия атомных слоев», была предложена Туомо Сунтола (Tuomo Suntola, Финляндия) в 1977 г. Эта технология во многом похожа на химическое осаждение из газовой фазы. Отличие состоит в том, что в технологии осаждения атомных слоев используют химические реакции, в которых прекурсоры реагируют с поверхностью поочередно (последовательно) и не взаимодействуют между собой напрямую (не соприкасаются). Разделение прекурсоров обеспечивается продувкой азотом или аргоном. Поскольку используются самоограниченные реакции, суммарная толщина слоев определяется не продолжительностью реакции, а количеством циклов, и толщину каждого слоя удается контролировать с очень высокой точностью.

Технология осаждения атомных слоев используется для нанесения пленок нескольких типов, включая пленки различных оксидов (Al₂O₃, TiO₂, SnO₂, ZnO, HfO₂), нитридов (TiN, TaN, WN, NbN), металлов (Ru, Ir, Pt) и сульфидов (например, ZnS). К сожалению, пока не существует достаточно дешевых технологий выращивания таких технологически важных материалов, как Si, Ge, Si₃N₄, некоторых многокомпонентных оксидов.