חשמל זורם ברמה האטומית מאלקטרונים הנעים בין אטומים בחומר. ערכיות או אלקטרונים חופשיים אלה משתנים בין חומרים, וגורמים להם להפגין תכונות חשמליות מגוונות. חומרים הנושאים זרם חשמלי ידועים כמוליכים ואילו חומרים המעכבים את הנסיעות הללו ידועים כמבודדים.
ישנם סוגים רבים של מוליכים ומבודדים.מוליכים
חומרים המחזיקים אטומים עם אלקטרונים הנעים בחופשיות משמשים כמוליכים בכל ענף ותחום הזקוקים לחשמל. למתכות רבות יש תכונות מוליכות טובות, כולל נחושת, אלומיניום, פלדה, עופרת, זהב וכסף. מתכות אחרות, כמו ברזל, יכולות לשאת זרמים חשמליים, אך לא באותה יעילות.
מוליכים למחצה
חומרים מסוימים הם בעלי תכונות של מוליכים ומבודדים כאחד, כמו סיליקון וגרמניום. חומרים אלה מהווים את ליבם של האלקטרוניקה המודרנית וכוללים ארבעה אלקטרונים בעלי ערך, המספקים את יכולות המיתוג הנדרשות על ידי טרנזיסטורים, שבבים משולבים ומעבדי מחשב. מוליכים למחצה אחרים כוללים תאים פוטו-וולטאיים סולאריים, דיודות פולטות אור (LED) ומיישרים.
מבודדים טבעיים
רוב החומרים שנמצאים בטבע נופלים בקטגוריית מבודדים. חומרים אלה הם בדרך כלל שילוב של מבודדים טהורים יותר, כגון עץ, חימר וסלעים. קש, בד ושרף שימשו כולם כמבודדים חשמליים בעבר, ופורצלן שימש באופן מסורתי עם קווי חשמל בעלי עוצמה גבוהה ונמוכה בבנייה מוקדמת.
מבודדים
חומרים שיש להם שבעה או שמונה אלקטרונים של עריכה נקראים מבודדים. אלה מעכבים את זרימת החשמל ברמה האטומית, ומשמשים להפרדה ובידוד של אותות חשמליים. דוגמאות לבידוד מסורתי כוללות גומי, פלסטיק וזכוכית. מבודדים סינתטיים פותחו גם הם, כולל מרוכבים מניילון ונייר.
