分子束外延（MBE）是一種用於生長高質量晶體薄膜的技術。其基本原理是在超高真空環境中，通過將構成薄膜的各種元素分別在各自的爐子中加熱，形成蒸氣，然後這些蒸氣經過準直後形成分子束或原子束，直接噴射到加熱的單晶基片上。
這些分子束或原子束在基片上按照晶體的排列方式一層層地生長，形成薄膜，這個過程允許對薄膜的厚度、組成和摻雜量進行精確的控制，因為生長速率較低，且生長過程可以實時監控，通常利用反射式高能電子衍射（RHEED）技術對樣品的生長過程進行原位實時監控。由於其生長過程在超高真空環境下進行，避免了雜質的干擾，因此可以製備出高純度的薄膜。
分子束外延系統通常包括真空設備、蒸發源爐、RHEED系統、快速進樣腔以及用於加熱和測溫基片的裝置等。蒸發源爐的類型包括簡易源、克努森爐（K-cell）和電子束蒸發源（E-beam），適用於不同蒸氣壓和熔點的材料。