分子束原理主要涉及在高真空中定向運動的分子流。這種分子束是在超高真空環境下形成的，其中原子或分子作準直得很好的定向運動，它們之間的相互作用可以忽略，因此可以認為束流是運動著的孤立原子或分子的集合。這種環境下的分子束可以用來研究分子、原子本身性質以及分子、原子與其他粒子的相互作用。
分子束外延(MBE)是一種利用分子束原理的化合物半導體多層薄膜的物理澱積技術。其基本原理是在超高真空條件下，將組成薄膜的各元素在各自的分子束爐中加熱成定向分子束入射到加熱的襯底上進行薄膜生長。整個生長過程是在超高真空環境下進行的，避免了雜質的影響，因而能製備出高純的薄膜。生長速率低且可控，便於在原子尺度精確控制薄膜的厚度、組分和摻雜量。
在超高真空環境下，使具有一定熱能的一種或多種分子 (原子) 束流噴射到晶體襯底，在襯底表面發生反應的過程，由於分子在 "飛。