原子は原子核とその周りの軌道上の電子で構成され、それぞれの軌道は不連続的な飛び飛びの値をもつ。電子が取ることのできるエネルギーをエネルギー準位と呼び、原子が多数集まって結晶を構成すると、このエネルギー準位は連続的に分布し、バンド（帯）状の準位を作る。これがエネルギーバンドである。金属では、エネルギーバンド中にフェルミ準位があり、価電子を含むバンド内に空き準位があるため、価電子がそのまま伝導電子（自由電子）となる。一方、半導体や絶縁体では、伝導体と価電子帯の間の禁制帯（バンドギャップ）中にフェルミ準位があるため、価電子にバンドギャップを超えるエネルギーを与え、価電子帯から伝導帯へ励起することで、初めて伝導電子が得られる。半導体は、常温で、熱等の運動エネルギーにより価電子帯の電子の一部が伝導帯に励起されて若干の電気伝導を示す。また、価電子帯から励起した電子の抜け殻にホール（正孔）が発生し、正の荷電粒子の様に振る舞って電気伝導に寄与する。