Dans les cristaux, du fait de la proximité des atomes et de leur organisation, les couches du diagramme d'énergie sont plus nombreuses et plus rapprochées par endroit, formant des bandes. On distingue la bande de valence de la bande de conduction. Dans le bandes inférieures à la bande de valence, les électrons sont fortement attirés par le noyau et n'auront pas tendance à se libérer, tandis que dans la bande de valence, les électrons participent à des doublets mais peuvent plus facilement se libérer. Dans la bande de conduction, les électrons circulent librement, donnant naissance à un courant électrique. La bande de valence et la bande de conduction sont séparées par le band gap, ou gap, qui est un espace sans aucune valeur d'énergie discrète possible. La taille du gap que présente le diagramme d'un matériau influe sur la conductivité de ce dernier. En effet, si le gap est trop grand pour qu'un électron, même excité, ne puisse le "franchir", alors le matériau est isolant. Si le gap existe mais qu'il est "franchissable" par des électrons excités, alors le matériau est semi-conducteur, et sera isolant s'il n'est pas excité. Dans certains matériaux, la bande de conduction recoupe une bande de valence, le gap n'existe alors pas, et le matériau est conducteur.