Kristályos anyagok atomjai egymáshoz viszonylag közel és periodikusan helyezkednek el. Emiatt az egyes atomok elektronjainak bizonyos hullámfüggvényei átfedik egymást, és a Pauli-féle kizárási elvnek megfelelõen az atomi elektronhéjak (atomic electron shells) felhasadnak (degenerálódnak) nagyon sok diszkrét és egymáshoz képest kissé eltolt, közeli energiaszintre, amelyek együttesen energiasávot (band) alkotnak. Az energiasávok gyakorlatilag folytonosnak, kontinuumnak tekinthetõk. A kiszélesedés általában a külsõ elektronhéjakra jellemzõ; a belsõ elektronhéjak állapotát szinte nem befolyásolják a szomszédos atomok. Ugyanezen okokból kifolyólag a kristályrácsban lévõ atomok potenciális energiája alacsonyabb a különálló atom jellemzõ értékénél. Az alacsonyabb potenciálfal miatt az elektronok elhagyhatják a törzsatomot és gyakorlatilag szabadon mozoghatnak a kristályban. A legnagyobb energiájú (legfelsõ) sávot, amelyekben az elektronok még kötöttek az atomokhoz (a kristályrács állandó helyeihez) vegyértéksávnak (valence band) nevezzük. A következõ, nagyobb energiájú sávban az elektronok szabadon mozoghatnak az egész kristályban. Ezt a sávot vezetési sávnak (conduction band) nevezzük. A két sávot általában egy tiltott sáv (energy gap) választja el egymástól, amelyben tiszta kristály esetén nincs elektronpálya. Mindhárom sáv szélessége a kristályrácsbeli távolságoktól függ. A sávok tipikus elhelyezkedése szigetelõk, félvezetõk és fémek esetén a következõ:

    Hõ, fény, ionizáló sugárzás vagy más gerjesztés hatására egyes elektronok átkerülhetnek a vegyértéksávból a vezetési sávba.
    Szigetelõkben a vegyértéksáv csaknem teljesen betöltött, míg a vezetési sáv teljesen üres. A tiltott sáv szélessége (>5–6 eV) pedig túl nagy ahhoz, hogy hõmozgás következtében elektronok kerüljenek a vegyértéksávból a vezetési sávba. Külsõ elektromos tér hatására az elektronok nem mozdulnak el az atomoktól, így a kristály nem vezeti az elektromos áramot.
    Fémekben a vegyértéksáv átfedi a vezetési sávot, tehát nincs tiltott sáv. Az elektronok könnyedén kerülnek a vezetési sávba hõmozgás eredményeként, és külsõ elektromos tér hatására elektromos áram jön létre. Az áramot kizárólag az elektronok mozgása hozza létre.
    Félvezetõk esetén a tiltott sáv szélessége közepes (1 eV körüli). Hõmozgás eredményezheti néhány elektron átkerülését a vegyértéksávból a vezetési sávba. A vegyértékelektron kötött helyén ilyenkor lyuk (hole) marad, amely úgy viselkedik mintha pozitív elektromos töltése lenne. A lyukat az egyik szomszédos elektron elfoglalhatja, majd így tovább, ami a lyuk mozgását, vándorlását eredményezi. Szobahõmérsékleten és konstans körülmények között állandóan képzõdnek elektron-lyuk párok, egyben bizonyos számú elektron és lyuk rekombinálódik. Mindez egyensúlyi elektron-lyuk pár koncentrációhoz vezet. Az elektronok vagy lyukak koncentrációja (töltéssûrûség, charge carrier concentration) erõsen hõmérsékletfüggõ és függ a tiltott sáv szélességétõl. Külsõ elektromos tér a félvezetõben létrehoz kisebb elektromos áramot, amit a vezetési sávban lévõ, szabad elektronok és a vegyértéksávban lévõ lyukak együttesen alkotnak. Az elektronok és a lyukak driftsebessége (sodródása, drift velocity) az elektromos térõsséggel kezdetben lineárisan növekszik, majd (kb. 10⁴ V/cm térerõn túl) telítésbe megy. Lehûtés következtében szinte az összes elektron átkerül a vegyértéksávba, ami a kristály saját vezetõképességének a csökkenését okozza.
    Az elektron és egy lyuk rekombinálódhat közvetlenül, amikor a vezetési sávban lévõ elektron a vegyértéksáv üres helyére (lyukba) kerül, miközben foton kibocsátása történik. Ez a folyamat azonban nagyon ritkán történik teljesen tiszta, vagyis saját vezetésû (intrinsic) félvezetõben, mert a közvetlen rekombináció csak meghatározott, helyes energia és impulzus értékekkel mehet végbe. A valóságos, vagyis nem sajátvezetésû (extrinsic) félvezetõben azonban mindig maradnak szennyezõk és/vagy rácshibák (pl. diszlokáció, ponthiba), amelyek rekombinációs központokat és csapdákat hoznak létre. Ezek megváltoztatják az energiasávok szerkezetét, mert a tiltott sáv középsõ részében (mélyen a sávban) újabb energiaszinteket alakítanak ki.

    Szabad elektron és lyuk megszûnése ezeken az energiaszinteken keresztül történik legnagyobb valószínûséggel. A töltéshordozók rekombinációja vagy csapdába kerülése (trapping) tökéletlen töltésösszegyûjtést eredményezhet, ami nemkívánatos jelenség a spektrometriában. A szennyezõk kedvezõtlen hatásának csökkentése érdekében a félvezetõ egykristályokat ellentétes tulajdonságú anyagokkal doppolták, adalékolták.
    Lásd még a Félvezetõ detektorok és alapvetõ tulajdonságaik részt.