Туннельный эффект (эффект Зенера) заключается в прямом переходе валентных электронов из одного полупроводника в другой (где они уже будут являться свободными носителями заряда), что становится возможным при высокой напряженности электрического поля на переходе. Такая большая напряженность электрического поля на переходе может быть достигнута при высокой концентрации примесей в pp- и nn-областях, когда толщина перехода становится очень маленькой.

Когда напряжение обратной связи превышает некий критический уровень (и при этом не возникает лавинного или теплового пробоя), под действием сильного электрического поля валентные электроны вырываются из связей. При этом образуются свободные парные заряды электрон-дырка, увеличивающие обратный ток через переход — возникает эффект туннельного пробоя.

В широких pp-nn-переходах, образованных полупроводниками со средней либо малой концентрациями примесей, вероятность туннельного просачивания электронов уменьшается и более вероятным становится лавинный пробой.