半導体中の電子または原子核のスピンの向きを量子ビットとして用いる方式である。総説論文 Reviews of Modern Physics 95, 025003 (2023) は、スピンが電場の影響を受けにくい自然な二準位系であるため量子コヒーレンス時間が長く、量子ビットとして優れていると述べる。量子ビットの型は単一スピン、ドナースピン、シングレット・トリプレット、交換相互作用のみを用いるものに分けられる。初期はGaAs量子ドットでスピンの初期化・制御・読み出しが実現され、近年はシリコンとゲルマニウムで電荷制御と読み出しの改善や大規模化が進んでいる。