Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками: у них есть свободные заряды, но их концентрация и подвижность гораздо меньше, чем у проводников. Наличие или отсутствие свободных зарядов не является единственным признаком различия между проводниками, полупроводниками и диэлектриками. Количество (концентрации) свободных зарядов, а следовательно, и электропроводность полупроводника зависит от состояния вещества (например, температуры, освещении или деформации). Причём концентрация свободных зарядов может меняться в широких пределах при небольших изменениях их состояния. Поэтому полупроводники  можно определить как вещества, в которых содержание свободных зарядов также определяется внутренним строением, но концентрация зарядов сильно зависит от состояния вещества. Диэлектрики- вещества, внутреннее строение которых таково, что свободных зарядов в них практически нет и появление их не может быть вызвано изменением состояния вещества. 

В металлах электроны внешних оболочек их атомов могут свободно перемещаться внутри металла, образуя так называемый «электронный газ». Эти электроны называют электронами проводимости. Плотность (концентрация, т. е. число  в единице объема металла) электронов проводимости составляет n≈10¹⁹ эл/см³. У диэлектриков плотность свободных электронов очень мала (n ≈ 10-²эл/см³), а в полупроводниках она сильно зависит от температуры и примесей. Различиями в структуре этих материалов проводников, полупроводников и диэлектриков определяются и различия в величине их удельного сопротивления: проводники - от 10^-8 до 10^-5 Ом·м, полупроводники - от 10^-5 до 10⁸ Ом·м, диэлектрики - более 10⁸ Ом·м. Удельное сопротивление проводников лежит в пределах от 10^-6до 10^-³ ом·см, удельное сопротивление полупроводников в пределах от 10^-3 до 10¹ºом·см, а удельное сопротивление диэлектриков более 10¹ºом·см.

Полупроводники - германий, кремний, арсенид галлия, мышьяк, селен, большинство окислов, сульфидов и другие вещества.  Характерными диэлектриками являются стекло, слюда, эбонит, кварц, каучук, некоторые смолы и др. Кремний и германий относятся к IV группе периодической системы Менделеева,
для завершения электронной оболочки их атому нужно присоединить ещё 4 электрона. Кристаллическое строение кремния и германия такое же, как у алмаза.
На внешней оболочке находятся четыре своих электрона и четыре электрона, заимствованные у четырех соседних атомов. Большинство электронов связано с атомами, но некоторые электроны получают энергию (от колеблющихся атомов решетки), достаточную для того, чтобы оторваться от своего атома. Так образуются электрон проводимости и дырка (электронно-дырочная пара), являющаяся разорванной связью. Электрон свободно перемещается внутри решетки, а дырка (разорванная связь) перемещается от одного атома к другому за счет того, что разорванная ковалентная связь замещается электроном соседнего атома; при этом образуется новая разорванная связь и т. д. Свободный электрон и дырка существуют и движутся независимо. Удельное сопротивление собственных полупроводников при увеличении температуры не увеличивается, а уменьшается.

Полупроводник, который не имеет посторонних примесей, называется собственным полупроводником}. В собственном полупроводнике концентрации электронов и дырок одинаковы. Удельное сопротивление кремния значительно больше, чем германия. При комнатной температуре (25ºС) кремний имеет удельное сопротивление 2,3 кОм·м, а германий - 0,60 Ом·м.

Кристаллическая решетка кремния (и германия) имеет объемную структуру, но для простоты показано условное плоское изображение кристаллической решетки кремния. ради наглядности ее можно изобразить плоской, как это сделано на рис. Большими красными кружками показаны ионы кремния.
Ядра атомов вместе с электронами на внутренних оболочках обладают положительным зарядом +4, который уравновешивается отрицательными зарядами четырех электронов на внешней оболочке. Внешние электроны показаны маленькими синими кружками. на дугах, обозначающие валентные связи.
Вместе с электронами соседних атомов кремния они образуют ковалентные связи, показанные линиями, соединяющими соседние атомы. на кристаллической решетке. Вблизи атомов донорной или акцепторной примеси, заменивших атомы кремния, образуется либо электрон, либо дырка. 

На проводимость полупроводника влияют химические примеси. Выделяют донорные и акцепторные примеси. В качестве донорных примесей используются элементы V группы периодической системы, такие как фосфор, мышьяк и сурьма, а в качестве акцепторных примесей применяются элементы III группы: бор, галлий и индий.

В полупроводнике некоторые атомы в его кристаллической решетке замещаются атомами примеси (см. рис). Концентрация донорной или акцепторной примеси характеризуется числом атомов примеси в единице объема полупроводника. Концентрация электронов при донорной примеси практически равна концентрации донорной примеси и при большой концентрации примеси.У полупроводника с донорной примесью концентрация дырок становится значительно меньше концентрации электронов. Такой полупроводник с донорной примесью называется полупроводником n-типа, а электроны в полупроводнике с донорной примесью нём называются основными,  дырки - неосновными носителями. Из формулы (5.2) следует, что концентрация основных носителей практически не зависит от температуры. Совершенно аналогично, полупроводники с акцепторной примесью при достаточно большой концентрации примеси имеют много дырок и мало электронов проводимости.  Такой полупроводник с акцепторной примесью называется полупроводником p-типа.

Полупроводники  n- или  p-типа проводят электрический ток, но носителями заряда в них являются либо электроны, либо дырки.