Bande de valence
Dans un solide cristallin, les électrons occupent des états quantiques ayant la symétrie du cristal. Chacun de ces états est caractérisé par une énergie et l'ensemble des énergies accessibles par les électrons est appelé le spectre. Pour tous les solides cristallins ce spectre est constitué de plusieurs bandes d'énergies accessibles et séparées par des bandes interdites.
En raison du principe d'exclusion de Pauli, les électrons (fermions) d'un cristal se répartissent sur des états quantiques distincts. A basse température et à température ambiante, tous les états de basse énergie sont occupés; les bandes se remplissent ainsi par niveaux d'énergies croissants.
Les états de plus basse énergie correspondent aux niveaux atomiques des électrons, qui restent localisés autour de chaque atome. Des états de plus haute énergie sont affectés par la présence des autres atomes, et les électrons contribuant à la cohésion locale du cristal (entre atomes voisins) ont une énergie dans une bande appelée bande de valence.
Les états d'énergie supérieure sont délocalisés et appartiennent à la bande de conduction. Les électrons occupant cette bande sont appelés électrons de conduction, ou électrons libres.
Lorsque la bande de conduction est entièrement remplie, le cristal peut conduire le courant électrique. Il s'agit alors d'un métal.
Lorsque la bande de conduction est vide, le cristal est un isolant (ou un semi-conducteur).