其原理是利用量子穿隧效应。隧道二极体是日本物理学家江崎玲于奈在1958年8月时发明的，当时他任职于东京通讯工业株式会社（现在的索尼）。1973年时江崎玲于奈和布赖恩·约瑟夫森因为发现上述半导体中的量子穿隧效应而获得诺贝尔物理奖。罗伯特·诺伊斯在为威廉·肖克利工作时也有有关隧道二极体的想法，但没有继续进行研究。此种二极体是由高掺杂的PN接面所形成（空乏区通常只有10奈米宽），常用的材料包括锗、砷化镓等窄能隙的材料，由于高掺杂会产生晶格的破坏，，加上窄能隙材料缩小量子穿隧的障碍，所以能够增加量子穿隧的电