PN-junctiediodes werken door gebruik te maken van de eigenschappen van de junctie gevormd tussen p-type en n-type halfgeleidermaterialen. Wanneer deze materialen bij elkaar worden gebracht, diffunderen elektronen uit het n-type gebied (dat een overmaat aan elektronen heeft) naar het p-type gebied (dat een overmaat aan gaten heeft). Deze beweging creëert een uitputtingsgebied rond het kruispunt waar geen vrije ladingsdragers bestaan. Het elektrische veld dat in dit gebied wordt gevormd, gaat verdere diffusie van ladingsdragers tegen, waardoor er een evenwicht ontstaat. Bij voorwaartse voorspanning (positieve spanning aan de p-zijde) wordt de barrière verkleind, waardoor er stroom kan vloeien. Bij tegengestelde voorspanning (positieve spanning aan de n-zijde) neemt de barrière toe, waardoor stroomstroming wordt voorkomen.
Het werkingsprincipe van een diode is gebaseerd op de richtingsstroom van stroom. Een diode laat stroom in één richting door (voorwaartse richting) en blokkeert deze in de tegenovergestelde richting (achterwaartse richting). Dit komt door de vorming van het uitputtingsgebied bij de PN-overgang, dat fungeert als een barrière voor de beweging van ladingsdragers. Bij voorwaartse voorspanning vermindert de externe spanning de barrière, waardoor stroom mogelijk wordt. Bij tegengestelde voorspanning wordt de barrière versterkt en wordt de stroom geblokkeerd, met uitzondering van een kleine lekstroom als gevolg van minderheidsdraaggolven.
Een PN-junctiegelijkrichter werkt door wisselstroom (AC) om te zetten in gelijkstroom (DC). Tijdens de positieve halve cyclus van de AC-ingang is de PN-overgang in voorwaartse richting voorgespannen, waardoor er stroom door de diode kan stromen. Tijdens de negatieve halve cyclus is de diode in sperrichting ingesteld, waardoor de stroom wordt geblokkeerd. Dit proces resulteert in de gelijkrichting van AC in pulserende DC. In een dubbelfasige gelijkrichter worden meerdere diodes gebruikt om beide helften van de AC-cyclus gelijk te richten, waardoor een constantere DC-uitvoer ontstaat.
De PN-overgang zorgt ervoor dat een diode kan functioneren door een uitputtingsgebied te creëren dat de stroom van ladingsdragers regelt. Bij voorwaartse bias verkleint de toegepaste externe spanning de breedte van het uitputtingsgebied, waardoor elektronen en gaten kunnen recombineren en stroom kan stromen. Bij omgekeerde bias wordt het uitputtingsgebied breder, waardoor wordt voorkomen dat ladingsdragers de junctie passeren, waardoor de stroom wordt geblokkeerd. Deze directionele regeling van de stroom is het fundamentele werkingsprincipe van de diode.
In een onbevooroordeelde toestand wordt een PN-junctiediode gekenmerkt door de aanwezigheid van een uitputtingsgebied op de kruising. Zonder dat er externe spanning wordt aangelegd, verhindert het elektrische veld binnen het uitputtingsgebied de vrije beweging van ladingsdragers over de kruising. Elektronen in het n-type gebied en gaten in het p-type gebied blijven in hun respectievelijke gebieden, waardoor het evenwicht behouden blijft. De diode geleidt in deze toestand geen significante stroom omdat het interne elektrische veld van het uitputtingsgebied de diffusie van ladingsdragers in evenwicht brengt.