Een diode laat stroom slechts in één richting stromen vanwege de inherente halfgeleiderstructuur en de manier waarop deze is gedoteerd. Concreet bestaat een diode uit een P-N-overgang waarbij de ene kant is gedoteerd met een materiaal dat een overmaat aan vrije elektronen heeft (N-type) en de andere kant is gedoteerd met een materiaal dat een overmaat aan elektronendeficiënties of “gaten” heeft. (P-type). Wanneer een voorwaartse voorspanning over de diode wordt aangelegd (positieve spanning aan de P-type kant en negatieve spanning aan de N-type kant), verkleint dit de breedte van het uitputtingsgebied op de kruising, waardoor stroom gemakkelijk uit de P kan stromen. -type naar de N-type zijde. Deze configuratie maakt het mogelijk dat stroom in één richting door de diode gaat, van de anode (P-type) naar de kathode (N-type).
Een diode is unidirectioneel vanwege de asymmetrische halfgeleiderstructuur en de eigenschappen van de P-N-overgang. Elektronen stromen gemakkelijk van het N-type materiaal naar het P-type materiaal wanneer ze voorwaarts zijn voorgespannen, maar ondervinden een hoge weerstand wanneer ze in de tegenovergestelde richting proberen te stromen vanwege het uitputtingsgebied op de kruising. Deze eigenschap maakt diodes tot essentiële componenten in circuits die gelijkrichting vereisen, waarbij ze wisselstroom (AC) omzetten in gelijkstroom (DC) door de stroom slechts in één richting te laten stromen.
Diodes zijn directionele componenten omdat hun vermogen om stroom te geleiden afhangt van de richting van de aangelegde spanning en de dotering van hun halfgeleidermaterialen. In een voorwaartse voorspanningstoestand, waarbij de anode positief is ten opzichte van de kathode, kunnen elektronen door de diode stromen vanwege de verminderde barrière bij de kruising. Bij tegengestelde bias (anode negatief ten opzichte van kathode) blokkeert de diode echter de stroom effectief omdat het uitputtingsgebied groter wordt, waardoor een aanzienlijke elektronenstroom over de junctie wordt voorkomen.
De stroom zal niet terugstromen door een diode, voornamelijk vanwege de aanwezigheid van het uitputtingsgebied in de P-N-overgang. In een omgekeerde bias-toestand (negatieve spanning op de anode en positieve spanning op de kathode) wordt het uitputtingsgebied breder, waardoor een hoge elektrische weerstand ontstaat die verhindert dat elektronen over de junctie bewegen. Deze barrière blokkeert effectief de stroom in de omgekeerde richting, waardoor wordt verzekerd dat een diode alleen stroom doorlaat in de voorwaartse richting als deze op de juiste manier is voorgespannen. Deze eigenschap is cruciaal in toepassingen waarbij nauwkeurige controle van de stroomsterkte en rectificatie van AC-signalen noodzakelijk is.
