PN bağlantı diyotları, p-tipi ve n-tipi yarı iletken malzemeler arasında oluşturulan bağlantının özelliklerinden yararlanarak çalışır. Bu malzemeler bir araya getirildiğinde, n-tipi bölgeden (elektron fazlalığı olan) elektronlar, p-tipi bölgeye (fazla delik bulunan) yayılır. Bu hareket, bağlantı noktası çevresinde serbest yük taşıyıcılarının bulunmadığı bir tükenme bölgesi yaratır. Bu bölgede oluşan elektrik alanı yük taşıyıcılarının daha fazla yayılmasına karşı çıkarak bir denge oluşturur. İleriye doğru yönlendirildiğinde (p tarafında pozitif voltaj), bariyer azaltılarak akımın akmasına izin verilir. Ters kutuplama yapıldığında (n tarafında pozitif voltaj), bariyer artar ve akım akışı önlenir.
Diyotun çalışma prensibi akımın yönsel akışına dayanır. Bir diyot, akımın bir yönde (ileri yönde) geçmesine izin verirken, ters yönde (geri yönde) bloke eder. Bunun nedeni, yük taşıyıcısının hareketine engel teşkil eden PN kavşağında tükenme bölgesinin oluşmasıdır. İleri eğilimde, harici voltaj bariyeri azaltarak akım akışını sağlar. Ters polarmada bariyer güçlendirilir ve azınlık taşıyıcılarından kaynaklanan küçük bir kaçak akım haricinde akım bloke edilir.
Bir PN bağlantı doğrultucusu, alternatif akımı (AC) doğru akıma (DC) dönüştürerek çalışır. AC girişinin pozitif yarı döngüsü sırasında, PN bağlantısı ileri yönlüdür ve akımın diyottan geçmesine izin verir. Negatif yarım döngü sırasında diyot ters kutuplanır ve akım akışını engeller. Bu işlem, AC’nin titreşimli DC’ye düzeltilmesiyle sonuçlanır. Tam dalga doğrultucuda, AC döngüsünün her iki yarısını da doğrultmak için birden fazla diyot kullanılır ve daha sabit bir DC çıkışı sağlanır.
PN bağlantısı, yük taşıyıcılarının akışını kontrol eden bir tükenme bölgesi oluşturarak diyotun çalışmasını sağlar. İleri eğilimde, uygulanan harici voltaj, tükenme bölgesinin genişliğini azaltarak elektronların ve deliklerin yeniden birleşmesine ve akımın akmasına izin verir. Ters eğilimde, tükenme bölgesi genişleyerek yük taşıyıcılarının bağlantı noktasını geçmesini engeller ve böylece akım akışını engeller. Akımın bu yönlü kontrolü diyotun temel çalışma prensibidir.
Tarafsız bir durumda, bir PN bağlantı diyotu, bağlantı noktasında bir tükenme bölgesinin varlığıyla karakterize edilir. Herhangi bir harici voltaj uygulanmadığında, tükenme bölgesindeki elektrik alanı, yük taşıyıcılarının bağlantı noktası boyunca serbest hareketini engeller. N-tipi bölgedeki elektronlar ve p-tipi bölgedeki delikler kendi alanlarında kalarak dengeyi korurlar. Bu durumda diyot önemli bir akım iletmez çünkü tükenme bölgesinin iç elektrik alanı yük taşıyıcılarının difüzyonunu dengeler.