Polprevodniki so bistveni sestavni deli sodobnih elektronskih naprav in so tako eden od temeljnih gradnikov sodobne tehnologije. Da bi bila snov primerna kot polprevodniški material, mora imeti električno prevodnost, ki leži med prevodnostjo izolatorjev, ki prevajajo zelo malo električne energije, in prevodnikov, ki omogočajo zelo enostaven pretok električne energije. Večina polprevodniških materialov je kristalnih anorganskih trdnih snovi, čeprav obstajajo tudi polprevodniki iz amorfnih trdnih snovi in tekočin. Običajni polprevodniški materiali vključujejo silicij, galijev arzenid in galijev nitrid, čeprav obstajajo tudi drugi. Poleg teh primarnih materialov polprevodniki pogosto vsebujejo tudi majhne količine drugih snovi, znanih kot dodatke.
Prevodnost polprevodniškega materiala se lahko poveča tako, da ga izpostavimo električni energiji, magnetnim poljem ali drugim dražljajem, ki povečajo energijsko raven elektronov materiala, zaradi česar se nekateri od njih premaknejo iz nizkoenergijskega valenčnega pasu v višjeenergijski, manj natrpan prevodni pas. To omogoča, da se elektroni pod napetostjo premikajo skozi material bolj svobodno, hkrati pa ustvarjajo pozitivno nabite vrzeli v valenčnem pasu, imenovanem elektronske luknje. To omogoča pretok električne energije skozi polprevodnik. Z manipuliranjem prevodnosti polprevodnika se lahko uporablja kot stikalo. Polprevodniki se uporabljajo tudi za proizvodnjo sončne energije in senzorje za zaznavanje svetlobe, ker lahko proizvedejo tok električnega toka, če so ustrezno napajani s prihajajočimi fotoni svetlobe.
Najpogosteje uporabljen polprevodniški material je silicij, 14. element v periodnem sistemu in eden najpogostejših elementov v zemeljski skorji. Večina silicijevih polprevodnikov ima pravilno kristalno strukturo, v kateri so razporejeni njihovi atomi, lahko pa se uporabi tudi nekristalni ali amorfni silicij. Polprevodniki iz amorfnega silicija imajo slabšo zmogljivost v primerjavi s kristalnim silicijem, vendar se amorfni silicij lahko odloži v veliko tanjših plasteh, kar lahko zmanjša stroške materiala.
Naslednji najpogostejši polprevodniški material je spojina galijev arzenid (GaAs). Galijev arzenid je v številnih pogledih boljši od silicija, kot sta hitrejše preklapljanje in večja toplotna odpornost. Je pa tudi dražja in težja za obdelavo, zato se običajno uporablja samo za aplikacije, pri katerih silicij ni zadosten. Trpi tudi zaradi večje porabe energije. Galijev arzenid se običajno uporablja za namene, kot so hitra elektronika in visoko učinkovite fotovoltaične celice.
Druga galijeva spojina, ki se uporablja za polprevodnike, je galijev nitrid (GaN), ki lahko deluje pri zelo visokih temperaturah in napetostih in se zato pogosto uporablja za aplikacije, ki vključujejo mikrovalovne pečice. Galijev nitrid se uporablja tudi v svetlečih diodah (LED) in visokofrekvenčnih laserskih diodah ter nekaterih vojaških radarjih. Lahko se kombinira tudi z drugim polprevodniškim materialom, indijevim nitridom (InN), da nastane mešanica, imenovana indijev galijev nitrid. Indijev galijev nitrid se običajno uporablja v LED diodah in je lahko tudi izjemno učinkovit material za sončne celice.
Polprevodniki pogosto vsebujejo majhne količine dopantov, da spremenijo svoje prevodne lastnosti glede na njihovo funkcijo. Pogoste dodatke v siliciju vključujejo elemente bor, fosfor in arzen. Galijev arzenid in galijev nitrid, dopiran s kovinami, kot je mangan, imata tako polprevodniške kot feromagnetne lastnosti.