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형상기억의 원리는 일정 온도를 경계로 부드럽게 변화하는 고분자 사슬을 요소요소에서 서로 연결(가교점)하여, 변형에 의해 가교점의 위치관계가 변하는 것을 내부 반응역으로 기억했다가 온도를 높여 수지가 부드러워지면 내부 반응역을 없애기 위해 본래의 형태로 돌아오는 것이다. 가교점으로 초고분자양화에 의한 분자 사슬관계의 결합을 이용하는 것, 공중합에 의해 융점과 유리 전이점(glass transitions)이 다른 성분을 혼재시키는 것, 성형 후 가류 등에 의해 화학적으로 결합하는 것 등이 있다.

형상기억합금과 달리 변형 회복 시에 부드럽기 때문에 탄력성과 조합한 구동장치로서 응용하기는 어려우나 자동차 부품·의학 용도·의류·일용잡화·완구 등에 폭넓게 응용되고 있다.