现代的电路设计的趋势是将模拟域信号尽可能的转换到数字域去处理，而运算放大器承担着对模拟信号的最为基础的处理，有了这第一步才能实现更好的模拟到数字的转换。
运算放大器是模拟电路的基石，应用极为广泛。常用于将微弱的小信号放大成大信号。同时，运算放大器是构成许多模拟器件的基础，数模转换器、电流-电压转换器、滤波器、比较器、线性稳压器等都需要运放。
运算放大器，简称运放，在模拟信号链路中通常用来对模拟信号进行放大、整形、滤波等。
在模拟电路中通常用一个五端口的符号表示，这五个端口分别为：信号输入正端，信号输入负端，电源正端，电源负端和信号输入端。
根据这五个端口的定义，运放正常工作的时候需要外加电压对其进行供电，电压就施加在电源正端和负端之间。单独看运放这个模块，供电以后，执行的功能是放大输入端的信号然后输出，对于这个五端口器件来说，输入端的信号是输入正端和输入负端的差值，放大倍数在理论上是无穷大的。
那么，对于这么一个电路模块，信号输入端稍微有点电压差，理论上输出信号不是正无穷就是负无穷（实际应用中会被限制到正负电源电压），这样的电路模块有什么用呢？放大的功能确实有了，可怎么运算呢？
这就要引出另外一个关键的概念了——负反馈。负反馈运放的概念最早是由贝尔实验室的布莱克在年提出的。
我们来看下面的负反馈运放的示意图，输入信号端经过AOL倍放大到输出信号端，输出信号端又有一个β倍的放大负反馈回输入信号端，我们把AOL称为开环增益。这个系统的输入信号和输出信号的关系应该为：（Input-β*Output）*AOL=Output，化简可以得出：Output=(AOL/(1+AOL*β))*Input。当系统的开环增益无穷大时，输入和输出的关系可以简化为：Output=(1/β)*Input，完全与开环增益无关了！开篇提到的理想运放，就是这么一个开环增益无穷大的器件，使用理想的运放，整个负反馈系统的功能完全由1/β决定，可以用无源的器件搭建出不同类型的1/β网络，进行加、减、乘、除、积分、微分等等的运算操作。这样，运算放大器的电路功能就实现了。
以上基于运放开环增益无穷大的特性，结合负反馈的概念，我们分析了可以实现运算放大电路的原理。更进一步的，我们也来找找理想运放还需要哪些特点。首先，信号源本身是有阻抗的，为了在处理信号的过程中运放本身的阻抗不对所需处理的信号造成任何影响，理想运放应具备输入阻抗无穷大，输出阻抗为零的特点，这样外加的信号就可以完全经运放处理后施加到外部负载上而没有任何在运放上的损耗了。同时，运放本身也需要能处理所有频段的信号，这就要求运放本身的信号带宽是无穷大的。
早期的负反馈运放都是像上面的示意图一样的单端信号输入，只有一个输入引脚，最为广泛使用的是用三极管来实现运放电路。后面随着电路设计技术的逐步拓展，最终形成了今天最为广泛使用的两个信号端口。当然，这两个信号输入端口也具备输入阻抗无穷大的特点，但是设计中进一步的使得这两个端口之间的电压保持一致。这两个特性在模拟电路课程中，被简称为“虚短”和“虚断”，就是说运放的两个输入端口看起来是短接在一起的，同时对于外部信号来说又是断路的。“虚短”和“虚断”是用来分析运放电路的基本原则，一般都采用这两个原则计算运放电路的输入输出关系。这样的两个信号输入端口在运放电路的使用中，一般外部信号输入到信号输入正端，负反馈信号输入到信号输入负端。
那么，上述的运放模型内部是什么样子的呢？现代运放设计中，信号输入端普遍采用“长尾”结构来实现。下图左边等效出来的运放内部架构的输出是差分的，有两个输出端，正极和负极。右边等效出来的运放内部架构输出端是单端的，接近于我们以上讨论的五端口运放。对照理想运放的特点，我们进一步分析下。信号输入到对称的三极管Q1和Q2的基极，输入阻抗虽然不是无穷大但也很大了；开环增益依赖于三极管本身的特性不是很大；电流镜和尾电流源会自发调节来使得输入端的电压保持一致。但是输出端的阻抗是三极管的集电极，阻抗是很大的，而理想运放的输出阻抗是零，因此该电路还缺少一个输出级。
我们再来看一个经典运放——运放的架构来进一步了解运放内部。运放内部有五个电路模块：电流镜，差分输入放大级，增益提高级，电平转换级和输出级。但其中最为核心的是差分输入放大级（深蓝虚线框），增益提高级（粉红虚线框）和输出级（浅蓝虚线框）。差分输入放大级主要是为了实现对称输入以及高输入阻抗；增益提高级是要将运放的开环增益尽可能的提高；输出级时为了实现运放的低输出阻抗。至于电流镜和电平转换级，是作为这三大核心模块的辅助电路设计的。
以上便是运算放大器的一个基本介绍，实际中的运放是完全不可能像理想的运放那样有无穷大的开环增益，无穷大的输入阻抗和零输出阻抗等等，这也就是为什么运放有千千万万种产品，而且其数据手册中有几十项参数的原因。正因为我们无法设计出理想的运放，才会在各个设计指标中做折中处理。