I cristalli di germanio o di silicio, contenenti piccole percentuali di particolari materiali, sono discretamente conduttori anche a basse temperature. Questo effetto può essere ottenuto con due modalità leggermente diverse. Se si inseriscono nel cristallo atomi con cinque elettroni di valenza, come fosforo, antimonio o arsenico, ognuno di essi prende il posto di un atomo di silicio, ma solo quattro dei suoi elettroni saranno impegnati nei legami covalenti. Il quinto elettrone è libero di muoversi sotto l'azione dei campi elettrici, perciò aumenta la conducibilità del cristallo. Gli elementi di impurità pentavalenti sono detti "donatori" perché portano elettroni liberi.

Se si inseriscono nel cristallo atomi di impurità trivalenti, invece, in corrispondenza di ciascuno di essi rimane un legame covalente incompleto. Il posto, in questo legame, può essere occupato da un elettrone di valenza di un atomo vicino, che lascia, a sua volta, un legame incompleto nell'atomo di provenienza. Questo legame può essere occupato da un altro elettrone e così via. Si avranno, così, numerosi elettroni coinvolti in un movimento "a staffetta", ma il risultato apparente è il movimento del legame incompleto nel cristallo. Il legame incompleto è detto "lacuna". Poiché questo è dovuto alla mancanza di un elettrone, dove si forma la lacuna vi è una carica positiva (nel nucleo) non equilibrata; perciò il movimento di una lacuna equivale a quello di una carica positiva. Gli elementi trivalenti di impurità sono detti "accettori", poiché possono accogliere un elettrone.

Un cristallo semiconduttore contenente atomi donatori è detto cristallo drogato "di tipo n" (iniziale di "negativo"), per evidenziare che i suoi portatori di carica liberi sono in prevalenza elettroni. Se invece contiene atomi accettori è detto "di tipo p" (iniziale di "positivo"), per sottolineare la prevalenza di lacune (equivalenti a cariche mobili positive).

Con procedimenti termici di diffusione è possibile introdurre atomi donatori e accettori in zone diverse e confinanti di uno stesso cristallo semiconduttore. La superficie di separazione tra le due zone così formate, una di tipo n e l'altra di tipo p, è detta "giunzione p-n".

Quando tra le due zone di una giunzione viene applicata una tensione, essa permette il passaggio della corrente solo in una direzione, presenta perciò un effetto raddrizzante). La corrente incontra una resistenza bassissima se la polarità positiva della tensione è applicata al lato della giunzione con drogaggio p (polarizzazione diretta); se invece la tensione è applicata con polarità opposta, la resistenza è enorme e la corrente è praticamente nulla (polarizzazione inversa).

Un transistor bipolare è costituito da tre zone drogate, separate da due giunzioni. Nella versione n-p-n, un sottile strato drogato con atomi accettori è interposto tra due zone di tipo n; la figura 2 mostra questo transistor inserito in un semplice circuito. Con riferimento allo schema, la zona n a sinistra è detta emettitore, la zona p è detta base e la zona n a destra è detta collettore. Il funzionamento più usuale di questo transistor prevede che la base abbia una tensione leggermente positiva rispetto all'emettitore e il collettore una tensione decisamente positiva rispetto alla base. Perciò, la giunzione tra base ed emettitore è polarizzata direttamente e quella tra base e collettore inversamente. Il campo elettrico applicato globalmente al componente ha la polarità più positiva dal lato del collettore e quella più negativa in corrispondenza dell'emettitore.

La polarizzazione diretta della giunzione tra base ed emettitore favorisce il passaggio di un gran numero di elettroni liberi nella zona di base; pochi di questi percorrono la zona trasversalmente e raggiungono il terminale di base (piccola corrente di base), mentre il campo elettrico che impedisce agli elettroni liberi del collettore di penetrare nella base attira verso il collettore stesso la gran parte degli elettroni liberi provenienti dall'emettitore (grande corrente di collettore). La giunzione base-emettitore è polarizzata direttamente, perciò piccole variazioni della sua tensione producono grandi variazioni nella corrente che la attraversa; poiché quasi tutti gli elettroni che raggiungono la zona di base passano poi nel collettore, piccole variazioni della tensione di base creano grandi variazioni nella corrente di collettore. Se la corrente di emettitore attraversa un resistore, anche la tensione del collettore subirà ampie variazioni. Questo meccanismo sta alla base delle proprietà di amplificazione del transistor.

Del tutto simile è il funzionamento dei transistor p-n-p che, nel funzionamento più usuale, richiedono tensioni di polarità opposta. Ben diverso è il funzionamento di una categoria di transistor di sviluppo più recente: quella dei transistor a effetto di campo (Field-Effect Transistor, FET). Si tratta di componenti a tre terminali nei quali il collegamento tra due terminali, detti drain e source, è realizzato tramite un percorso in materiale semiconduttore drogato, detto "canale". Un terzo terminale, detto gate, che non scambia mai alcuna corrente con i primi due, controlla, producendo un campo elettrico, la resistenza del canale. Il controllo è esercitato restringendo o allargando, attraverso il campo elettrico, la sezione del canale in cui possono scorrere i portatori di carica del semiconduttore drogato. Secondo il sistema con cui è realizzato il gate, i FET si dividono in due grandi categorie: J-FET e MOS-FET.