在二极管正极加正电压，负极加负电压。称二极管外加正向电压，这时二极管有电流流过处于导通状态。在二极管正极加负电压，负极加正电压，称二极管外加反向电压，这时二极管无电流流过处于截止状态。这种特性就是二极管的单向导电性。
二极管为什么只能单向导电？
二极管的核心是PN结。因此二极管的单向导电性是由PN结的特性说决定的。在P型和N型半导体的交界面附近，由于N区的自由电子浓度大，于是带负电荷的自由电子会由N区向电子浓度低的P区扩散，扩散的结果使PN结中靠P区一侧带负电，靠N区一侧带正电，形成由N区指向P区的电场。即PN结内电场。内电场将阻碍多数载流子的继续扩散，又称为阻档层。
（1）PN结加上正向电压的情况 将PN结的P区接电源正极，N区接电源负极，此时外加电压对PN结产生的电场与PN结内电场方向相反，消弱了PN结内电场，使得多数载流子能顺利通过PN结形成正向电流，并随着外加电压的升高而迅速增大，即PN结加正向电压时处于导通状态。
（2）PN结 加上反向电压的情况 将PN结的P区接电源负极，N区接电源正极，此时外加电压对PN结产生的电场与PN结内电场方向相同，加强了PN结内电场，多数载流子在电场力的作用下难以通过PN结反向电流非常微小，即PN结加反向电压时处于截止状态。
半导体的导电特性
半导体以其导电性能介乎于导体和绝缘体之间而得名。如硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物都是半导体。
金属导体依靠自由电子导电。绝缘体原子最外层的电子被原子核束缚得很紧，所以绝缘体中自由电子极少，不易导电。而半导体原子最外层的电子处于半自由状态。以常用的半导体材料硅原子结构为例，它有四个价电子，完全纯净的硅晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子结合，每一个原子的一个价电子与另一个原子的一个价电子组成一个电子对，构成共价键结构，如右图所示。半导体一般都具有晶体结构，故半导体又称为单晶体。
共价键中的价电子不像绝缘体原子外层的电子被束缚得那么紧，在受到热的作用或受到光照射时，热能和光能转化为电子的动能，原子最外层的价电子便很容易挣脱原子核的束缚，形成自由电子，此时在原子共价键结构中，相应出现了一个电子空位，称为空穴，由于电子带负电荷而原子又是中性的，因此空穴可认为是带正电荷。具有空穴的原子又可吸引邻近原子中的价电子来填补其空穴，从而形成电子运动。这时空穴也从某一个原子内移动到了另一个原子内，形成空穴运动。这样在一定条件下，半导体中出现了两种带电运动，一种是带负电荷的自由电子运动；另一种便是带正电荷的空穴运动。在外电场的作用下，电子向电源正极定向运动，空穴向电源负极定向运动，于是电路中便形成电流。
半导体导电的特点，就是同时存在电子导电和空穴导电，所以自由电子和空穴都称为载流子。纯净半导体中载流子总是成对出现，并不断复合，在一定条件下达到动态平衡，使半导体中载流子的数量维持恒定。当条件改变后，如温度升高或光照加强，载流子数量又会增多，使半导体的导电性能增强，故温度对半导体导电性能影响很大。
纯净半导体一般导电能力是较差的，而在其中加入某种杂质后，导电能力即可大大增强，其原因同样与其共价键结构有关。
N型和P型半导体
在纯净的半导体中，掺入极微量有用的杂质，杂质不同，其增加的导电载流子的类型也不同，可分为两大类，如在硅单晶体中掺入五价元素磷，磷原子外层有五个价电子，其中四个价电子与硅原子中的四个价电子形成共价键后，多出的一个电子便很容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子，这样掺磷后的半导体中自由电子的数量大大增加，因而加强了原纯净半导体的导电能力。掺入五价元素的半导体，自由电子是导电的主要载流子，称多数载流子，而原半导体中的空穴则称少数载流子，这种半导体由于电子带负电，故称电子型半导体或N型半导体二极管导电原理，如下图a所示。
