Sähkövirran (elektronivirtauksen) aikaansaaminen aineessa on riippuvainen siinä esiintyvistä vapaista elektroneista, ts. elektroneista, jotka eivät ole sitoutuneet valenssivyöhön. Tällaisten elektronien energia on johtavuusvyöllä.Jos johtavuusvyö liittyy välittömästi valenssivyöhön - kuten metalleilla - on kyseessä johde. Eristeessä valenssivyön ja johtavuusvyön välissä on leveä kielletty energia-alue,välivyö, ja elektronin siirtymiseen valenssivyöltä johtavuusvyölle tarvitaan energiaa.

Kun valenssielektroni saa riittävästi energiaa irrotakseen atomista, se siirtyy johtavuusvyölle. Johtavuusvyöllä ollessaan elektroni pystyy liikkumaan aineessa lähes vapaasti, ja tällöin aine johtaa sähköä. Metalleilla valenssivyö ja johtavuusvyö ovat osittain päällekkäin, ja jo hyvin pieni energialisä riittää vapauttamaan elektronin johtavuusvyölle. Tästä johtuu, että metallit johtavat hyvin sähköä. Eristeissä vastaavasti tarvitaan suuri määrä energiaa ennen kuin eriste alkaa johtamaan sähköä (eristeen läpilyönti).

Puolijohteilla kielletty energiavyö on suhteellisen kapea eli ulkopuolista energiaa ei tarvita paljoa puolijohteen saamiseksi johtavaksi. Johtavuuselektronien syntymiseksi tarvittava lisäenergia saadaan esimerkiksi lämpötilaa kohottamalla tai tuomalla materiiaaliin sähköistä energiaa. Normaaliolosuhteissa (~300 K) aineeseen on tullut lisäenergiaa ja johtavuuselektroneja esiintyy.

Normaalilämpötiloissa jotkut elektronit saavat välivyön ylitykseen tarvittavan energialisäyksen ja siirtyvät johtavuusvyölle. Tällöin syntyy kahta tyyppiä liikkuvia varauksia: johtavuuselektroneja ja johtavuusaukkoja. Johtavuusaukolla tarkoitetaan johtavuuselektronin jättämää tyhjää paikkaa kovalenttisessa sidoksessa. Tällainen aukko voi siepata naapuriatomiltaan elektronin, jolloin aukko siirtyy naapuriatomiin.

Elektronit ja aukot materiaalissa mahdollistavat sähkövirran kulun. Sekä aukot valenssivyössä, että elektronit johtavuusvyössä lisäävät omalta osaltaan puolijohteen sähkönjohtavuutta.

Atomin energiatiloja

Eri materiaalityyppien energiatiloja, pystyakselilla energia (eV). Johteella elektroni(t) ei tarvitse juurikaan ulkopuolista energiaa siirtyäkseen johtaavuusvyölle, eristeellä taas tarvitaan suuri ulkopuolinen energia, jotta elektroneja saadaan irrotettua atomirakenteesta ja materiaali alkaa johtamaan sähköä. Puolijohde sijoittuu tässä suhteessa johteen ja eristeen välille.