Dioda umożliwia przepływ prądu tylko w jednym kierunku ze względu na jej naturalną strukturę półprzewodnikową i sposób, w jaki jest domieszkowana. W szczególności dioda składa się ze złącza P-N, którego jedna strona jest domieszkowana materiałem posiadającym nadmiar wolnych elektronów (typ N), a druga strona jest domieszkowana materiałem posiadającym nadmiar niedoborów elektronów lub „dziur” (typ P). Kiedy do diody przyłożone jest napięcie polaryzacji w kierunku przewodzenia (napięcie dodatnie po stronie typu P i napięcie ujemne po stronie typu N), zmniejsza to szerokość obszaru zubożenia na złączu, umożliwiając łatwy przepływ prądu z diody P -type na stronę typu N. Taka konfiguracja umożliwia przepływ prądu przez diodę w jednym kierunku, od anody (typ P) do katody (typ N).
Dioda jest jednokierunkowa ze względu na asymetryczną budowę półprzewodnika i właściwości złącza P-N. Elektrony łatwo przepływają z materiału typu N do materiału typu P, gdy są spolaryzowane w kierunku przewodzenia, ale napotykają duży opór przy próbie przepływu w przeciwnym kierunku ze względu na obszar zubożenia na złączu. Ta cecha sprawia, że diody są niezbędnymi elementami obwodów wymagających prostowania, w których przekształcają prąd przemienny (AC) w prąd stały (DC), umożliwiając przepływ prądu tylko w jednym kierunku.
Diody są elementami kierunkowymi, ponieważ ich zdolność do przewodzenia prądu zależy od kierunku przyłożonego napięcia i domieszkowania ich materiałów półprzewodnikowych. W stanie polaryzacji przewodzenia, gdy anoda jest dodatnia w stosunku do katody, elektrony mogą przepływać przez diodę ze względu na zmniejszoną barierę na złączu. Jednakże przy polaryzacji odwrotnej (anoda ujemna względem katody) dioda skutecznie blokuje prąd, ponieważ obszar zubożenia rozszerza się, uniemożliwiając znaczny przepływ elektronów przez złącze.
Prąd nie będzie płynął wstecz przez diodę, głównie ze względu na obecność obszaru zubożonego w złączu P-N. W warunkach odwrotnego polaryzacji (ujemne napięcie na anodzie i dodatnie napięcie na katodzie) obszar zubożenia rozszerza się, tworząc wysoki opór elektryczny, który zapobiega przemieszczaniu się elektronów przez złącze. Bariera ta skutecznie blokuje przepływ prądu w odwrotnym kierunku, zapewniając, że dioda przepuszcza prąd tylko w kierunku do przodu, gdy jest odpowiednio spolaryzowana. Cecha ta ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach, w których konieczna jest precyzyjna kontrola przepływu prądu i prostowanie sygnałów prądu przemiennego.