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在5G的标准制定过程中，在正交多址OFDMA或FDMA的基础上，进一步研究了非正交多址技术 [13] ，希望能在提高传输效率和降低传输时延方面有所突破。
非正交多址指的是多个用户采用相同的时间和频率资源，传送各自不同的业务数据。非正交多址一般不依赖多天线的空间维度区分用户，这不同于多用户多天线系统（MU-MIMO）。传统的移动通信多址方式多数为资源正交，如第一代的频分多址、第二代的时分多址、第三代的码分多址、第四代的正交频分多址。正交频分多址对接收机复杂度要求较低。5G的基本多址方式依然是正交频分复用，但为了更好地服务于多样化的场景，非正交多址技术正在成为潜在的补充。
非正交传输的主要优势是能够提升系统的频谱效率，在LTE标准化的后期，下行叠加传输（MUST）作为一种非正交技术，可以明显提高调度系统的宽带移动（eMBB）业务的下行吞吐量。在5G中，非正交多址的应用场景拓展至海量物联网（mMTC）和低时延、高可靠性（URLLC）。非正交多址尤其对于上行免调度（Grant-free）系统，能够显著提高资源利用率和传输的健壮性。而免调度传输无须网络侧的严格控制，无须建立完整的随机接入的流程，数据可以在终端处于空闲或非激活状态时发射，不要求保持上行同步，相比动态调度系统，可以大大减少控制信令的开销和终端的功耗，降低传输时延，非常适合偶发小包的业务。但免调度传输单独使用时，频谱利用率不高，通常需要非正交多址来实现较高的谱效。3GPP于2017年3月立项研究非正交多址技术，由中兴通讯公司牵头。
非正交多址在传输侧的方案大致有3类。第一类为符号级的扩展，在信号经过调制以后，采用具有低互相关的扩展序列，以降低复用资源的用户间的干扰；第二类是比特级的扰码或者交织，即信息比特经过信道编码之后，采用扰码或比特交织来区分用户；第三类是扩展与调制的联合设计码本，调制不限于传统的星座点映射，可以是多维的。非正交多址的接收机一般需要采用先进算法，大体有3种。第一种是最小均方误差的串行干扰消除（MMSE-SIC），它与传统接收机，如最小均方误差的干扰抑制（MMSE-IRC）具有同样的架构，译码器都只需要输出二进制的编码，用来做“硬”干扰消除，占用内存较少；第二种接收机和第三种接收机都需要检测器与译码器之间的外迭代，译码器需要输出最大似然比的“软”信息。第二种接收机的软消除在检测器内的算法相对简单，无须内部迭代；而第三种接收机的软消除需要在二分图上做多次内部迭代，复杂度较高。
非正交多址的设计还包括参考信号及前导信号的增强，提高这两种信号的可配容量，以支持更多的用户，减小参考/前导信号随机碰撞所造成的性能影响，增强在非同步场景的健壮性。
由于5G第一个标准版本制定的周期非常短，因此在Rel-15的后期，3GPP为按时完成标准的制定，对5G NR的功能进行了优先级排序，将一些增强型的功能放到 Rel-15 之后再去研究。其中的一项就是非正交多址。目前，非正交多址正作为Rel-16可能的功能在开展相关的研究和标准化工作。