在 P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质.在电场的作用下,空穴是可以移动的,而电离杂质（离子）是固定不动的 .N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子.当P型和N型半导体接触时,在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散,电子从N型半导体向P型半导体扩散.空穴和电子相遇而复合,载流子消失.因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子,却有分布在空间的带电的固定离子,称为空间电荷区 .P 型半导体一边的空间电荷是负离子 ,N 型半导体一边的空间电荷是正离子.正负离子在界面附近产生电场,这电场阻止载流子进一步扩散 ,达到平衡.
在PN结上外加一电压 ,如果P型一边接正极 ,N型一边接负极,电流便从P型一边流向N型一边,空穴和电子都向界面运动,使空间电荷区变窄,电流可以顺利通过.如果N型一边接外加电压的正极,P型一边接负极,则空穴和电子都向远离界面的方向运动,使空间电荷区变宽,电流不能流过.这就是PN结的单向导电性.
PN结加反向电压时 ,空间电荷区变宽 ,区中电场增强.反向电压增大到一定程度时,反向电流将突然增大.如果外电路不能限制电流,则电流会大到将PN结烧毁.反向电流突然增大时的电压称击穿电压.基本的击穿机构有两种,即隧道击穿（也叫齐纳击穿）和雪崩击穿,前者击穿电压小于0.6V,有负的温度系数,后者击穿电压大于0.6V,有正的温度系数.PN结加反向电压时,空间电荷区中的正负电荷构成一个电容性的器件.它的电容量随外加电压改变.