クーロンブロッケード
最も単純な構造のトンネル接合は、二枚の導電性の電極が薄い絶縁障壁で隔てられているものである。電極が常伝導体である場合、言い換えると超伝導体でも半導体でもない場合には、電流を運ぶのは電気素量に等しい電荷を持つ電子である。 もし電極が超伝導体であれば、電気素量の二倍の電荷を持つクーパー対が電流を運ぶことになる。 以下の記述はN(normal conductor、常伝導体)電極に挟まれたI(insulating barrier、絶縁障壁)層からなるトンネル接合(NIN接合)についてのものである。
古典電磁気学の法則に従えば、絶縁障壁を越えて電流が流れることはありえない。 ところが、量子力学の法則では、電子が障壁の片側から反対側に移動する確率はゼロにならない(トンネル効果)。 これはバイアス電圧をかけると電流が流れるということである。 余分な効果を全て無視するいわゆる第一近似では、トンネル電流はバイアス電圧に比例する。 電気工学の用語で言うと、トンネル接合は抵抗値一定の抵抗器としてはたらく。あるいはオームの法則が成立するとも言える。抵抗値は障壁層の厚さに指数関数的に依存するが、典型的な厚さの値は数nmのオーダーである。