物质按导电能力可分为导体、绝缘体和半导体。常见的半导体材料有硅(SI)、锗(GE)、砷化镓(GaAs)。硅和锗都是四价元素，其原子外层有四个价电子，但这些电子受原子核吸引力很强，不能自由移动。
当受光照或者温度升高时，少数价电子获得足够能量，能够挣脱原子核的束缚自由移动，成为自由电子，在其原来的地方形成空位，称为空穴。由于电中性，自由电子和空穴成对出现。
以上状态我们称之为激发，这里我们认为自由电子带负电，空穴带正电；自由电子在移动的同时，也可能和空穴相遇，重新被束缚起来，我们称之为复合。一定温度下，激发和复合并存，且速率一定，处于平衡状态。
当温度或者光照等外界能量给予不足时，激发数量不多，电子空穴对浓度低，在电场作用下，仍然不导电。但温度或者光照强度加大时，电子空穴对浓度大为增加，导电能力也就大大增加。
利用此特性可以制成热敏与光敏器件，比如热敏/光敏电阻。