重要的半導體材料矽、鍺等元素的原子最外層都具有四個價電子。大量的矽、鍺原子組合成晶體靠的是共價鍵結合。這種結構的特點是：每個原子周圍有四個最近鄰的原子組成一個正四面體結構。這四個原子分別處在正四面體的頂角上，任意頂角上的原子和中心原子各貢獻一個價電子為該兩個原子所共有，共有的電子在兩個原子之間形成較大的電子雲密度，透過它們對原子的引力把兩個原子結合在一起，這就是共價鍵。這樣，每個原子和周圍四個原子組成四個共價鍵。
在20世紀50年代初期，鍺曾經是最主要的半導體材料，但自60年代初期以來，矽已取而代之成為半導體制造的主要材料。現今人們使用矽的主要原因，是因為矽器件工藝的突破，矽平面工藝中，二氧化矽的運用在其中起著決定性的作用，經濟上的考慮也是原因之一，可用於製造器件等級的矽材料，遠比其他半導體材料價格低廉，在二氧化矽及矽酸鹽中矽的含量佔地球的25%，僅次於氧。到目前為止，矽可以說是元素週期表中被研究最多且技術最成熟的半導體元素。
半導體的導電能力介於導體和絕緣體之間，半導體之所以得到廣泛應用，是因為它的導電能力受摻雜、溫度和光照的影響十分顯著。
（1）半導體的電導率隨溫度升高而迅速增加。半導體對溫度敏感，體積又小，熱慣性也小，壽命又長，因此在無線電技術、遠距離控制與測量、自動化等許多方面都有廣泛的應用價值。
（2）雜質對半導體材料導電能力的影響非常大。例如，純淨矽在室溫下的電阻率為2.14×109歐姆·釐米，若摻入百分之一的雜質（如磷原子），其電阻率就會降至2000歐姆·釐米。雖然此時矽的純度仍舊很高，但電阻率卻降至原來的一百萬分之一左右，絕大多數半導體器件都利用了半導體的這一特性。
（3）光照對半導體材料的導電能力也有很大的影響。例如，硫化鎘薄膜的暗電阻為幾十兆歐，然而受光照後，電阻降為幾十千歐，阻值在受光照以後改變了幾百倍。半導體的這種性質，使其成為自動化控制中的重要元件。
（4）除溫度、雜質、光照外，電場、磁場及其他外界因素（如外應力）的作用也會影響半導體材料的導電能力。
