Pusvadītāji ir būtiskas mūsdienu elektronisko ierīču sastāvdaļas un līdz ar to viens no mūsdienu tehnoloģiju pamatelementiem. Lai viela būtu piemērota kā pusvadītāju materiāls, tai jābūt ar elektrovadītspēju, kas atrodas starp izolatoriem, kas vada ļoti maz elektrības, un vadītājiem, kas ļauj ļoti viegli plūst elektrībai. Lielākā daļa pusvadītāju materiālu ir kristāliskas neorganiskas cietas vielas, lai gan pastāv arī pusvadītāji, kas izgatavoti no amorfām cietām vielām un šķidrumiem. Parastie pusvadītāju materiāli ir silīcijs, gallija arsenīds un gallija nitrīds, lai gan pastāv arī citi. Papildus šiem primārajiem materiāliem pusvadītāji bieži satur arī nelielu daudzumu citu vielu, kas pazīstamas kā piedevas.
Pusvadītāja materiāla vadītspēju var palielināt, pakļaujot to elektriskajai enerģijai, magnētiskajiem laukiem vai citiem stimuliem, kas palielina materiāla elektronu enerģijas līmeni, liekot dažiem no tiem pārvietoties no zemas enerģijas valences joslas uz augstākas enerģijas, mazāk pārpildīta diriģēšanas grupa. Tas ļauj darbinātajiem elektroniem brīvāk pārvietoties pa materiālu, vienlaikus radot pozitīvi lādētas spraugas valences joslā, ko sauc par elektronu caurumiem. Tas ļauj elektrībai plūst caur pusvadītāju. Manipulējot ar pusvadītāja vadītspēju, to var izmantot kā slēdzi. Pusvadītājus izmanto arī saules enerģijas ražošanai un gaismas noteikšanas sensoriem, jo tie var radīt elektriskās strāvas plūsmu, ja tos pienācīgi baro ar ienākošajiem gaismas fotoniem.
Visbiežāk izmantotais pusvadītāju materiāls ir silīcijs, kas ir 14. elements periodiskajā tabulā un viens no visizplatītākajiem elementiem Zemes garozā. Lielākajai daļai silīcija pusvadītāju ir regulāra kristāliska struktūra, kurā ir izkārtoti to atomi, taču var izmantot arī nekristālisko jeb amorfo silīciju. Amorfā silīcija pusvadītājiem ir zemāka veiktspēja salīdzinājumā ar kristālisko silīciju, bet amorfo silīciju var nogulsnēt daudz plānākos slāņos, kas var samazināt materiāla izmaksas.
Nākamais visizplatītākais pusvadītāju materiāls ir savienojums gallija arsenīds (GaAs). Gallija arsenīds ir pārāks par silīciju vairākos aspektos, piemēram, ar ātrāku pārslēgšanos un lielāku izturību pret karstumu. Tomēr tas ir arī dārgāks un grūtāk apstrādājams, tāpēc to parasti izmanto tikai tiem lietojumiem, kuros silīcijs nav pietiekams. Tas arī cieš no lielāka enerģijas patēriņa. Gallija arsenīdu parasti izmanto tādiem mērķiem kā ātrgaitas elektronika un augstas efektivitātes fotoelementi.
Vēl viens gallija savienojums, ko izmanto pusvadītājiem, ir gallija nitrīds (GaN), kas var darboties ļoti augstā temperatūrā un spriegumā, un tāpēc to bieži izmanto lietojumos, kas saistīti ar mikroviļņiem. Gallija nitrīdu izmanto arī gaismas diodēs (LED) un augstfrekvences lāzerdiodēs, kā arī dažos militārajos radaros. To var arī kombinēt ar citu pusvadītāju materiālu, indija nitrīdu (InN), lai iegūtu maisījumu, ko sauc par indija gallija nitrīdu. Indija gallija nitrīdu parasti izmanto gaismas diodēs, un tas var būt arī ārkārtīgi efektīvs materiāls saules baterijām.
Pusvadītāji bieži satur nelielu daudzumu piedevu, lai mainītu to vadītspējas īpašības atbilstoši to funkcijai. Parastās piedevas silīcijā ietver bora, fosfora un arsēna elementus. Gallija arsenīdam un gallija nitrīdam, kas leģēts ar metāliem, piemēram, mangānu, ir gan pusvadītājas, gan feromagnētiskas īpašības.