二极管是一种三层半导体器件，其原理是基于PN结。PN结是一种将P型半导体和N型半导体组合在一起的结构。P型半导体和N型半导体的主要区别在于材料中杂质原子的掺入方式不同，P型半导体是掺入少量三价杂质原子，N型半导体是掺入少量五价杂质原子。PN结不外乎就是把带正电荷的P型半导体和带负电荷的N型半导体挤压在一起，具有这样一个过渡区域的半导体结构。
当PN结两端加上正负电压时，情况就很有趣了。如果把正极与P型半导体相连，将负极与N型半导体相连（正向偏置），电场便将推动自由电子穿过结。相反，如果把正极与N型半导体相连，将负极与P型半导体相连（反向偏置），电场将将自由电子困在P型半导体和N型半导体中，电流将不能流动。这种情况表明，PN结在正向偏置的情况下，其电流比反向偏置的情况要大得多。
许多二极管都具有带有金属箔或塑料的P型半导体的一个端和带有黑色环氧树脂包裹的N型半导体的另一个端。P型半导体的导电性质类似于铜，而N型半导体则类似于硅石。这种半导体材料类似于电子移动方向的一扇门。正向偏置时，电子通过开着的门流入结区，而反向偏置时，电子会被拒绝入内部。
