Halvleder refererer til et materiale, hvis ledningsevne kan styres fra isolator til leder. Ligegyldigt set fra videnskab og teknologi eller økonomisk udvikling, er betydningen af halvledere meget stor. De fleste af nutidens elektroniske produkter, såsom computere, mobiltelefoner eller digitale optagere, er tæt knyttet til halvledere. Almindelige halvledermaterialer omfatter silicium, germanium, galliumarsenid osv., og silicium er et af de mest indflydelsesrige halvledermaterialer i kommercielle applikationer.
Et materiales ledningsevne bestemmes af antallet af elektroner indeholdt i ledningsbåndet. Når elektronerne får energi fra valensbåndet og hopper til det ledende bånd, kan elektronerne bevæge sig frit mellem båndene og lede elektricitet. Energigabet mellem det ledende bånd og valensbåndet af almindelige metalmaterialer er meget lille. Ved stuetemperatur er elektroner nemme at få energi og hopper til det ledende bånd for at lede elektricitet. Isoleringsmaterialer er imidlertid svære at hoppe til det ledende bånd på grund af det store energigab (normalt større end 9 elektronvolt), så de kan ikke lede elektricitet.
Energigabet af et generelt halvledermateriale er omkring 1 til 3 elektronvolt, som er mellem en leder og en isolator. Derfor kan materialet lede elektricitet, så længe det exciteres af energi under passende forhold, eller afstanden mellem dets energigab ændres.
Halvledere transmitterer strøm gennem elektronledning eller hulledning. Måden for elektronledning ligner strømstrømmen i kobbertråd, det vil sige under påvirkning af et elektrisk felt overfører stærkt ioniserede atomer overskydende elektroner til retningen med lav grad af negativ ionisering. Hulledning refererer til den strøm (generelt omtalt som positiv strøm), der dannes af "hullerne", der dannes af fraværet af elektroner uden for atomkernen i positivt ioniserede materialer. Under påvirkning af et elektrisk felt fyldes hullerne af et lille antal elektroner og får hullerne til at bevæge sig.
