Az elektronikában használt félvezető eszközök működésének magyarázatához a Bohr-féle atommodellt használjuk. Röviden összefoglalva, az atom pozitív töltésű atommagból és negatív töltésű elektronokból áll. Az atommag pozitív töltése megegyezik az elektronok negatív töltésével, azaz az atom kifelé elektromosan semleges.
Az elektronok az atommag körüli pályákon, elektronhéjakon keringenek az atommag körül. Egy atomon belül több elektronhéj lehetséges, és az adott héj minél közelebb esik az atommaghoz, annál jobban hat rá az elektrosztatikus vonzás, amely a pozitív töltésű atommag és a negatív töltésű elektron között fellép, és amely az elektront a héjban pályáján megtartja. Az atommagtól legtávolabb lévő, külső elektronhéjon keringő elektronok (az un. vegyértékelektronok) viszont kevésbé kötődnek az atommaghoz, egyrészt, mert távolabb vannak tőle, másrészt, mert a közbenső héjakon keringő elektronok negatív töltésükkel elektrosztatikus árnyékolást jelentenek.
Az atomok jellemző tulajdonsága, hogy igyekeznek külső héjukat „betölteni”, azaz vegyértékelektronjaik egy részét a szomszédos atomokkal közösen használják úgy, hogy minden atom külső héjára az adott héjra megengedett maximális számú elektron kerül.
A félvezetők (az elektronikában elsősorban szilíciumot és germániumot használnak) 4 vegyértékű anyagok, azaz külső elektronhéjukon 4 vegyértékelektron található. E héjukra 8 elektron fér, ezért a héj betöltéséhez további négy elektronra van szükség, amit 4 szomszédos atom „magukhoz kötésével” biztosítanak.
Pl. szilíciumatom esetén, (ha a szomszédos atomok szintén szilíciumatomok), a kovalens kötés az atomokat szabályos térbeli helyzetben (térrácsban) rögzíti, az ilyen szabályos rácsszerkezetek összessége a kristály. A szilíciumkristály szerkezetét, illetve a gyakorlati szemléltető ábrákon alkalmazott kétdimenziós vázlatát mutatja az ábra.
Ha egy szilíciumdarabka teljes szerkezete egyetlen szabályos kristályból áll, azt egykristálynak (monokristálynak), ha pedig sok, véletlenszerűen kialakult és egymáshoz határfelületein szabálytalanul csatlakozó kristályból áll, polikristályos szerkezetűnek nevezik. A félvezető eszközök alapanyagaként monokristályos szerkezetű anyagot használnak.
Az ideális kristálytól eltérően a valóságos kristályban kristályhibák lehetnek, melyek közül a kristály elektromos tulajdonságait a diszlokáció és a szennyeződés befolyásolja. Diszlokáció esetén a kristályból egy vagy több atom hiányzik, illetve az atom a szabályos rácspontok közötti térben helyezkedik el. A szennyeződés azt jelenti, hogy a kristályszerkezetbe idegen anyag atomja került.
Ha a kovalens kötésű kristályszerkezet az anyag vegyértékelektronjait erős kötésben tartja, az anyagban nincsen elmozdulni képes töltéshordozó, az anyag szigetelő. Ilyen pl. a tökéletes szénkristály (gyémánt).
Vannak anyagok (pl. réz), melyekben egyes vegyértékelektronok nem kötődnek a kristályszerkezet egy pontjához sem, hanem szabadon mozoghatnak a kristályban, ezek a sok „szabad” töltéshordozót tartalmazó anyagok a vezetők.
A félvezetőkben alacsony hőmérsékleten a vegyértékelektronok kötöttek, ezért az anyag szigetelőként viselkedik. A hőmérséklet növekedésével azonban a felhalmozódó hőenergia hatására az atommaggal csak laza kapcsolatban álló vegyértékelektronok egy része kimozdulhat a kristályszerkezetben elfoglalt helyéről, és szabad töltéshordozóvá válhat, az anyag vezetővé válik. Ha pedig a hőmérséklet eléri az anyag olvadáspontját (szilíciumnál 1420 °C), a megmaradó vegyértékelektronok már nem képesek a kristályt összetartani, az anyag megolvad.