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Cuando se aplica un campo eléctrico a un metal, los electrones cargados negativamente se aceleran y transportan la corriente resultante. En un semiconductor, la carga no es transportada exclusivamente por electrones. Los agujeros cargados positivamente también llevan carga. Estos pueden ser vistos como vacantes en la banda de valencia, o equivalentemente como partículas cargadas positivamente.

Dado que la distribución de Fermi-Dirac es una función escalonada a cero absoluto, los semiconductores puros tendrán todos los estados en las bandas de valencia llenos de electrones y serán aislantes a cero absoluto. Esto se representa en el diagrama E-k a continuación; los círculos sombreados representan estados de momento llenos y círculos vacíos estados de momento sin llenar. En este diagrama, k, en lugar de k, se ha utilizado para denotar que el vector de onda es en realidad un vector, es decir, un tensor de primer rango, en lugar de un escalar.

Si el espacio de banda es lo suficientemente pequeño y la temperatura aumenta desde el cero absoluto, algunos electrones pueden ser excitados térmicamente en la banda de conducción, creando un par electrón-agujero. Esto es como resultado de la difusión de la distribución de Fermi-Dirac a temperatura finita. Un electrón también puede moverse a la banda de conducción desde la banda de valencia si absorbe un fotón que corresponde a la diferencia de energía entre un estado lleno y un estado sin llenar. Cualquier fotón de este tipo debe tener una energía mayor o igual a la brecha de banda entre la banda de valencia y la banda de conducción, como en el diagrama siguiente.

Ya sea inducida térmica o fotónicamente, el resultado es un electrón en la banda de conducción y un estado vacante en la banda de valencia.

Si ahora se aplica un campo eléctrico al material, todos los electrones en el sólido sentirán una fuerza del campo eléctrico. Sin embargo, debido a que no hay dos electrones que puedan estar exactamente en el mismo estado cuántico, un electrón no puede ganar ningún momento del campo eléctrico a menos que haya un estado de momento vacante adyacente al estado ocupado por el electrón. En el esquema anterior, el electrón en la banda de conducción puede ganar impulso del campo eléctrico, al igual que un electrón adyacente al estado vacante dejado en la banda de valencia. En el diagrama de abajo, ambos electrones se muestran moviéndose hacia la derecha.

El resultado de esto es que los electrones tienen cierto momento neto, y por lo tanto hay un movimiento general de carga. Este ligero desequilibrio de impulso positivo y negativo se puede ver en el diagrama de abajo, y da lugar a una corriente eléctrica.

El sitio vacío en la banda de valencia que se ha movido hacia la izquierda puede verse como una partícula que lleva carga eléctrica positiva de igual magnitud a la carga electrónica. Por lo tanto, esto es un agujero. Debe apreciarse que estos esquemas no representan electrones “saltando” de un sitio a otro en el espacio real, porque los electrones no están localizados en sitios específicos en el espacio. Estos esquemas están en el espacio momentum. Como tal, no se debe pensar que los agujeros se mueven a través del semiconductor como dislocaciones cuando los metales se deforman plásticamente; basta con verlos simplemente como partículas que llevan carga positiva.

El proceso opuesto a la creación de un electrón-hueco par se llama recombinación. Esto ocurre cuando un electrón desciende en energía desde la banda de conducción a la banda de valencia. Así como la creación de un par electrón-agujero puede ser inducida por un fotón, la recombinación puede producir un fotón. Este es el principio detrás de los dispositivos ópticos semiconductores, como los diodos emisores de luz (LED), en los que los fotones son luz de longitud de onda visible.

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