Tranzystory NPN działają w oparciu o zasady fizyki półprzewodników i zachowanie domieszkowanych materiałów półprzewodnikowych. Tranzystor NPN składa się z trzech warstw materiału półprzewodnikowego: cienkiej warstwy półprzewodnika typu P (baza) umieszczonej pomiędzy dwiema warstwami półprzewodnika typu N (emiter i kolektor). Kiedy mały prąd wpływa do zacisku bazy (typ P), umożliwia przepływ znacznie większego prądu z kolektora (typ N) do emitera (typ N). Proces ten jest kontrolowany przez prąd na końcówce bazy, który moduluje przewodność pomiędzy kolektorem a emiterem. Tranzystory NPN są powszechnie stosowane w obwodach wzmacniających i przełączających, gdzie mogą kontrolować wyższe prądy i napięcia w oparciu o mały prąd sterujący doprowadzany do bazy.
Tranzystory NPN działają po prostu wykorzystując zasady zachowania półprzewodników. W tranzystorze NPN emiter (typu N) wprowadza elektrony do obszaru bazowego (typu P). Mały prąd wpływający do bazy steruje większym prądem płynącym z kolektora (typ N) do emitera (typ N). Gdy do podstawy zostanie przyłożone napięcie dodatnie względem emitera, umożliwia to przepływ prądu z emitera do kolektora. Ten efekt wzmocnienia prądu stanowi podstawę tego, jak tranzystory NPN wzmacniają sygnały i działają jako przełączniki w obwodach elektronicznych. Kontrolując prąd bazy, tranzystor można włączać i wyłączać, umożliwiając przepływ prądu lub blokując go, w zależności od wymagań aplikacji.
Zarówno tranzystory NPN, jak i PNP działają na podobnych zasadach, ale z odwróconą polaryzacją i kierunkami prądu. W tranzystorze NPN prąd przepływa od kolektora do emitera, gdy do bazy zostanie przyłożony niewielki prąd, umożliwiając przepływ większego prądu przez tranzystor. I odwrotnie, w tranzystorze PNP prąd przepływa z emitera do kolektora, gdy do bazy zostanie przyłożony niewielki prąd. Ta zasadnicza różnica w kierunku przepływu prądu decyduje o sposobie wykorzystania tych tranzystorów w projektowaniu obwodów, szczególnie w zakresie zastosowań związanych z przełączaniem i wzmacnianiem, gdzie kierunek prądu i sterowanie są czynnikami krytycznymi.
Tranzystor NPN może działać jako przełącznik, kontrolując przepływ prądu między zaciskami kolektora i emitera. Kiedy terminal bazowy odbiera mały sygnał prądowy lub napięciowy, umożliwia przepływ znacznie większego prądu z kolektora do emitera. To działanie przełączające ma miejsce, ponieważ prąd bazowy kontroluje przewodność pomiędzy obszarami kolektora i emitera. Kiedy złącze baza-emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia (dodatnie napięcie przyłożone do bazy względem emitera w tranzystorze NPN), włącza tranzystor, umożliwiając przepływ prądu z kolektora do emitera. I odwrotnie, gdy złącze baza-emiter jest spolaryzowane zaporowo, tranzystor zostaje wyłączony, blokując przepływ prądu pomiędzy kolektorem a emiterem. Ta możliwość włączania/wyłączania sprawia, że tranzystory NPN są niezbędnymi elementami cyfrowych obwodów logicznych, systemów sterowania mocą i innych urządzeń elektronicznych, gdzie konieczna jest precyzyjna kontrola przepływu prądu.
Mechanizm tranzystora NPN obejmuje ruch i kontrolę nośników ładunku (elektronów i dziur) w jego warstwach półprzewodnikowych. W tranzystorze NPN, gdy do końcówki bazowej (typu P) wpływa niewielki prąd, wstrzykuje on elektrony do obszaru bazowego. Elektrony te dyfundują przez podstawę w kierunku obszaru kolektora (typu N), gdzie tworzą większość nośników ładunku przepływających od kolektora do emitera. Prąd bazowy kontroluje przepływ tych elektronów, umożliwiając tranzystorowi wzmacnianie sygnałów lub przełączanie prądów w zależności od przyłożonego prądu bazowego. Mechanizm ten opiera się na właściwościach półprzewodników w celu kontrolowania przewodności i przepływu prądu, umożliwiając tranzystorowi wykonywanie funkcji wzmacniających i przełączających w obwodach elektronicznych.