和碳原子类似，硅原子有4个外层电子，这就决定了它的物理和化学性质。表面看去，晶体硅和金刚石很不相同。金刚石是透明的、硬度非常高的固体，而晶体硅则是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。
但如果我们深入这两种物质的内部看看，就会发现它们的晶体结构（组成晶体的原子排列方式）是相似的，每1个原子都通过共价键同另外的4个原子相连。这就意味着每一对原子都共享有一个电子对。
由于晶体硅具有这种结构，所以就不会像金属那样存在很多可以自由移动的自由电子，每一个电子都是被牢牢地挂在两个原子中间。
当然，如果我们将温度升高，有一些电子就会获得额外的能量而摆脱原子的束缚，可以在晶体中自由移动，从而使晶体发生一定的变化。但与金属相比，晶体硅自由电子的数量是微不足道的，并不能显著提高其导电性。
所以，硅是一种半导体——它既不是完美的绝缘体，又不是很好的电导体，曾被认为是没有多大用途的材料。不过，随着对半导体性质的深入研究，人们掌握了改变半导体导电性能的诀窍———掺杂，半导体终于成为电子工业的主角。