Polovodič označuje materiál, jehož vodivost lze řídit od izolátoru k vodiči. Ať už z hlediska vědy a techniky nebo ekonomického rozvoje, význam polovodičů je velmi velký. Většina dnešních elektronických produktů, jako jsou počítače, mobilní telefony nebo digitální rekordéry, úzce souvisí s polovodiči. Mezi běžné polovodičové materiály patří křemík, germanium, arsenid galia atd. a křemík je jedním z nejvlivnějších polovodičových materiálů v komerčních aplikacích.
Vodivost materiálu je určena počtem elektronů obsažených ve vodivém pásu. Když elektrony dostanou energii z valenčního pásma a přeskočí do vodivého pásma, mohou se elektrony volně pohybovat mezi pásy a vést elektřinu. Energetická mezera mezi vodivým pásem a valenčním pásem běžných kovových materiálů je velmi malá. Při pokojové teplotě elektrony snadno získávají energii a přeskakují do vodivého pásma, aby vedly elektřinu. U izolačních materiálů je však obtížné přeskočit do vodivého pásma kvůli velké energetické mezeře (obvykle větší než 9 elektronvoltů), takže nemohou vést elektřinu.
Energetická mezera obecného polovodičového materiálu je asi 1 až 3 elektronvolty, což je mezi vodičem a izolantem. Materiál tedy může vést elektřinu, pokud je za vhodných podmínek buzen energií nebo je změněna vzdálenost jeho energetické mezery.
Polovodiče přenášejí proud elektronovým vedením nebo děrovým vedením. Způsob vedení elektronů je podobný toku proudu v měděném drátu, to znamená, že působením elektrického pole vysoce ionizované atomy přenášejí přebytečné elektrony do směru s nízkým stupněm negativní ionizace. Dírová vodivost se týká proudu (obecně označovaného jako kladný proud) tvořeného "dírami" vytvořenými nepřítomností elektronů mimo atomové jádro v pozitivně ionizovaných materiálech. Působením elektrického pole se otvory zaplní malým počtem elektronů a způsobí jejich pohyb.
