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  在1920年代,一些發明家試圖掌握控制固態二極體中電流的方法,他們的構想在後來的雙極性電晶體中得以實現。然而,他們的設想直到第二次世界大戰結束之後才得以實現。在戰爭時期,人們把精力集中在製造雷達這樣的軍工產品,因此電子工業的發展並不如之後那樣迅猛,不過人們對於半導體物理學的瞭解逐漸增加,製造工藝水平也逐漸提升。戰後,許多科學家重新開始從事固態電子器件的研究。1947年,著名的貝爾實驗室成功地研製了電晶體。自此,電子學的研究方向從真空管轉向到了固態電子器件。  電晶體在當時看來具有小型、高效的特點。1950年代,一些電子工程師希望以電晶體為基礎,研製比以前更高階、複雜的電路充滿了期待。然而,隨著電路複雜程度的提升,技術問題對器件效能的影響逐漸引起了人們的注意。  像計算機主機板這樣複雜的電路,往往對於響應速度有較高的要求。如果計算機的元件過於龐大,或者不同元件之間的導線太長,電訊號就不能夠在電路中以足夠快的速度傳播,這樣會造成計算機工作緩慢,效率低下,甚至引起邏輯錯誤。  1958年,德州儀器的傑克·基爾比找到了上述問題的解決方案。他提出,可以把電路中的所有元件和晶片用同一半導體材料塊製成。當時他的同事們正在度假,他們結束度假後,基爾比立即展示了他的新設計。隨後,他研製了一個這種新型電路的測試版本。1958年9月,第一個積體電路研製成功。儘管這個積體電路在現在看來還非常粗糙,而且存在一些問題,但積體電路在電子學史上確實是個創新的概念。通過在同一材料塊上整合所有元件,並通過上方的金屬化層連線各個部分,就不再需要分立的獨立元件了,這樣,就避免了手工組裝元件、導線的步驟。此外,電路的特徵尺寸大大降低。隨著電子設計自動化的逐步發展,製造工藝中的許多流程可以實現自動化控制。自此,把所有元件整合到單一矽片上的想法得以實現,小規模積體電路(英語:Small Scale Integration, SSI)時代始於1960年代早期,後來歷經中規模積體電路(英語:Medium Scale Integration, MSI,1960年晚期)、大規模積體電路和超大規模積體電路(1980年早期)。超大規模積體電路的電晶體數量可以達到10,000個(現在已經高達1,000,000個)。

  截至2016年晚期,數十億級別的電晶體處理器已經普遍。隨著半導體制造工藝從10奈米水平躍升到下一步7奈米,會遇到諸如量子穿隧效應之類的挑戰。值得注意的例子是英偉達的GeForce 10系列,代號『NVIDIA TITAN X』的圖形處理器的顯示核心,採用了全部120億個電晶體來處理數字邏輯。而Itanium的大多數電晶體是用來構成其3千兩百萬位元組的三級快取。Intel Core i7處理器的晶片整合度達到了14億個電晶體。目前所採用的設計與早期不同的是它廣泛應用電子設計自動化工具,設計人員可以把大部分精力放在電路邏輯功能的硬體描述語言表達形式,而功能驗證、邏輯模擬、邏輯綜合、佈局、佈線、版圖等可以由計算機輔助完成。

  由於技術規模不斷擴大,微處理器的複雜程度也不斷提高,微處理器的設計者已經遇到了若干挑戰。
超大規模積體電路(英語:very-large-scale integration,縮寫:英語:VLSI),是一種將大量電晶體組合到單一晶片的積體電路,其整合度大於大規模積體電路。整合的電晶體數在不同的標準中有所不同。從1970年代開始,隨著複雜的半導體以及通訊技術的發展,積體電路的研究、發展也逐步展開。計算機裡的控制核心微處理器就是超大規模積體電路的最典型例項,超大規模積體電路設計(VLSI design),尤其是數字積體電路,通常採用電子設計自動化的方式進行,已經成為計算機工程的重要分支之一。