Sol-Gel-Systeme basieren auf der Umwandlung eines kolloidalen Sols in ein zusammenhängendes Gelnetzwerk. Ein Sol ist dabei eine kolloidale Suspension nanoskaliger Partikel oder Polymere in einer Flüssigkeit, während ein Gel ein perkolierendes, überwiegend festes Netzwerk mit einem darin eingeschlossenen Flüssigkeitsanteil darstellt.

In der Sol-Gel-Chemie werden meist molekulare Vorstufen, typischerweise Metallalkoxide oder anorganische Salze, durch Hydrolyse und Kondensation zu anorganischen oder hybriden Netzwerken umgesetzt. Die Reaktionsführung (pH-Wert, Wassergehalt, Lösungsmittel, Katalysatoren, Temperatur) steuert Partikelbildung, Netzwerkdichte, Porosität und Schrumpfung.

Sol-Gels ermöglichen die Synthese oxidischer Werkstoffe (z. B. SiO₂, TiO₂, Al₂O₃) und organisch-anorganischer Hybridmaterialien bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen. Ausgehend vom Sol können durch Tauch-, Spin- oder Sprühbeschichtung dünne Schichten erzeugt werden; aus Gelen entstehen nach Trocknung und ggf. Kalzination Xerogele, Aerogele oder dicht gesinterte Gläser und Keramiken. Die kontrollierbare Mikro- und Mesoporosität ist entscheidend für Anwendungen in Katalyse, Sensorik, Optik, Biomedizin und als Funktionsbeschichtungen (z. B. Antireflex-, Barrier- oder Schutzschichten).

Wesentliche wissenschaftliche Fragestellungen betreffen die Kinetik der Hydrolyse-/Kondensationsreaktionen, die Strukturentwicklung vom Sol über das Gel bis zum getrockneten Körper sowie das Verständnis kapillarinduzierter Spannungen und Rissbildung. Die Sol-Gel-Methode steht damit an der Schnittstelle von Kolloidchemie, Glas- und Keramiktechnologie sowie Polymer- und Oberflächenwissenschaft.