Diody te są elementami nieliniowymi. Nieliniowość diod półprzewodnikowych polega na tym, że przy stałej temperaturze złącza występujące na nich napięcie wzrasta proporcjonalnie do logarytmu naturalnego płynącego przez nie prądu według przybliżonego (nie jest uwzględniony prąd nasycenia złącza) wzoru: W temperaturze 27 °C stała UT ma wartość 25,85 mV. Wynika z tego, że każdy (np. dziesięciokrotny) wzrost prądu powoduje przyrost napięcia o stałą wartość. Przedstawienie charakterystyki diody w liniowej funkcji prądu prowadzi do często spotykanego, acz niefortunnie w przypadku diody półprzewodnikowej stosowanego, pojęcia tzw. napięcia progowego (Vd). Wynika ono tylko z właściwości funkcji logarytmicznej przedstawianej liniowo. Różnicę obrazują zamieszczone obok charakterystyki napięciowo-prądowe: liniowa i logarytmiczna.
Budowa Dioda półprzewodnikowa zbudowana jest z dwóch półprzewodników: typu „p” i „n” domieszkowanych w różnym stopniu. Razem tworzą złącze „p-n”. Warstwa „n” z domieszkami donorów ma nadmiar elektronów, zaś warstwa „p” z domieszkami akceptorów ma ich niedobór (dziury). Po zetknięciu się tych warstw w diodach półprzewodnikowych rozkład elektronów ulega równomiernemu rozkładowi.