Cấp độ Fermi, thước đo năng lượng của các electron ít bị giữ chặt nhất trong một vật rắn, được đặt tên cho Enrico Fermi, nhà vật lý đầu tiên đề xuất nó. Điều quan trọng là xác định tính chất điện và nhiệt của chất rắn. Giá trị của mức Fermi ở mức 0 tuyệt đối (−273,15 ° C) được gọi là năng lượng Fermi và là hằng số cho mỗi vật rắn. Mức Fermi thay đổi khi chất rắn được làm ấm và khi các electron được thêm vào hoặc rút ra khỏi vật rắn. Mỗi một trong số nhiều năng lượng riêng biệt mà một electron có thể được giữ trong một vật rắn được gọi là mức năng lượng. Theo định luật cơ học lượng tử, mỗi mức năng lượng chỉ có thể chứa một số lượng điện tử giới hạn. Cấp độ Fermi là bất kỳ mức năng lượng nào có xác suất là nó chứa đầy một nửa số điện tử. Mức năng lượng thấp hơn mức Fermi có xu hướng được lấp đầy hoàn toàn với các điện tử, trong khi mức năng lượng cao hơn Fermi có xu hướng trống rỗng.
Khi các vật liệu có các mức Fermi riêng lẻ khác nhau được đặt tiếp xúc, một số electron sẽ chảy từ vật liệu có mức Fermi cao hơn sang vật liệu khác. Sự chuyển điện tử này làm tăng mức Fermi thấp hơn và làm giảm mức Fermi cao hơn. Khi quá trình chuyển hoàn tất, mức Fermi của hai vật liệu bằng nhau. Hành vi này là quan trọng trong các thiết bị điện tử mà juxtapose vật liệu khác nhau.
