Ο ημιαγωγός αναφέρεται σε ένα υλικό του οποίου η αγωγιμότητα μπορεί να ελεγχθεί από μονωτή σε αγωγό. Ανεξάρτητα από την σκοπιά της επιστήμης και της τεχνολογίας ή της οικονομικής ανάπτυξης, η σημασία των ημιαγωγών είναι πολύ μεγάλη. Τα περισσότερα από τα σημερινά ηλεκτρονικά προϊόντα, όπως υπολογιστές, κινητά τηλέφωνα ή ψηφιακές συσκευές εγγραφής, σχετίζονται στενά με τους ημιαγωγούς. Τα κοινά υλικά ημιαγωγών περιλαμβάνουν το πυρίτιο, το γερμάνιο, το αρσενίδιο του γαλλίου κ.λπ., και το πυρίτιο είναι ένα από τα υλικά ημιαγωγών με τη μεγαλύτερη επιρροή σε εμπορικές εφαρμογές.
Η αγωγιμότητα ενός υλικού καθορίζεται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων που περιέχονται στη ζώνη αγωγιμότητας. Όταν τα ηλεκτρόνια παίρνουν ενέργεια από τη ζώνη σθένους και μεταπηδούν στην αγώγιμη ζώνη, τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται ελεύθερα μεταξύ των ζωνών και να μεταφέρουν ηλεκτρισμό. Το ενεργειακό χάσμα μεταξύ της αγώγιμης ζώνης και της ζώνης σθένους των κοινών μεταλλικών υλικών είναι πολύ μικρό. Σε θερμοκρασία δωματίου, τα ηλεκτρόνια αποκτούν εύκολα ενέργεια και μεταπηδούν στην αγώγιμη ζώνη για να μεταφέρουν ηλεκτρισμό. Ωστόσο, τα μονωτικά υλικά είναι δύσκολο να μεταπηδήσουν στην αγώγιμη ζώνη λόγω του μεγάλου ενεργειακού κενού (συνήθως μεγαλύτερο από 9 ηλεκτρονιοβολτ), επομένως δεν μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρισμό.
Το ενεργειακό κενό ενός γενικού υλικού ημιαγωγού είναι περίπου 1 έως 3 ηλεκτρον βολτ, το οποίο βρίσκεται μεταξύ ενός αγωγού και ενός μονωτή. Επομένως, το υλικό μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρισμό αρκεί να διεγείρεται από ενέργεια υπό κατάλληλες συνθήκες ή να αλλάξει η απόσταση του ενεργειακού του χάσματος.
Οι ημιαγωγοί μεταδίδουν ρεύμα μέσω αγωγιμότητας ηλεκτρονίων ή αγωγιμότητας οπών. Ο τρόπος αγωγής των ηλεκτρονίων είναι παρόμοιος με τη ροή του ρεύματος στο χάλκινο σύρμα, δηλαδή, κάτω από τη δράση ηλεκτρικού πεδίου, άτομα υψηλής ιονισμού μεταφέρουν την περίσσεια ηλεκτρονίων προς την κατεύθυνση με χαμηλό βαθμό αρνητικού ιοντισμού. Η αγωγιμότητα οπής αναφέρεται στο ρεύμα (γενικά αναφέρεται ως θετικό ρεύμα) που σχηματίζεται από τις «οπές» που σχηματίζονται από την απουσία ηλεκτρονίων έξω από τον ατομικό πυρήνα σε θετικά ιονισμένα υλικά. Κάτω από τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου, οι οπές γεμίζονται από ένα μικρό αριθμό ηλεκτρονίων και προκαλούν την κίνηση των οπών.
