计算机主要借助了半导体的整流效应，即单向导电。由此可以制作二极管，晶体管等电子开关，进行二进制的逻辑运算。
深入到物理层面，半导体可以根据掺杂剂的种类进行分类。完全不含任何杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体（intrinsic semiconductor）；而根据掺杂元素的不同，可以分为n型或p型半导体。
硅元素和锗元素位于第四主族，最外层有4个电子，结构稳定，是理想的半导体材料。我们把最外层具有5个电子的第五主族元素，如磷（P）、砷（As）或锑（Sb）作为杂质掺杂到硅中，即可制成n型半导体。第五主族元素中的5个电子中的4个和硅最外层的4个电子相结合，剩余的一个即可自由移动，成为自由电子，而这个电子就是n型半导体的载流子，如图所示。
同理，把最外层具有3个电子的第三主族元素，如硼（B）、镓（Ga）或铟（In）作为杂质掺杂到硅中，即可制成p型半导体。第三主族元素的3个电子和硅的3个电子结合，其中一个价电子将不足以使硅和硼键合，从而产生了缺少电子的空穴，这个空穴就是p型半导体的载流子，如图所示。
“n” 代表负电，取自英文negative的首字母。 “p” 表示正电，取自英文positive的首字母。
当有了n型半导体和p型半导体之后，我们便可以制作一个PN结，如图所示。将p型半导体与n型半导体制作在同一块硅片上，在它们的接触面，因为p型半导体区内的空穴数量多于电子数量，所以电子与空穴会产生浓度差，作为p区载流子的空穴向n区扩散，此时p区因为失去空穴而带负电；同理，n区的电子向p区扩散，失去电子的n区则带正电，扩散最终达到动态平衡，就形成了PN结，在这个区域几乎没有载流子，所以它被称为 “耗尽层” 。与此同时，PN结形成了一个由n区指向p区的电场，称之为内电场。
如果给PN结外加一个电压，如图所示，n区接正极，p区接负极，即反向电压此时也会形成一个电场，我们称之为外电场。当外电场与内电场方向一致时，相当于增强了内电场，导致多数载流子扩散运动进一步减弱，没有正向电流通过PN结，呈现出反向截止的特性。反之，如果P区接正极，N区接负极，即外电场与内电场方向相反时，则削弱了内电场，多数载流子扩散运动因此增强，形成较大的扩散电流，呈现出正向导通的特性。
在理解PN结的工作原理之后，便可衍生出来晶体管，晶体管可以用作电子开关，开代表0，关代表1，进而实现二进制的运算。
