Химический потенциал и уровень Ферми в физике полупроводников связаны следующим образом: при температуре 0 К положение уровня химического потенциала точно совпадает с уровнем Ферми. 5 Даже при высоких температурах расхождение не превышает нескольких тысячных эВ. 5

Химический потенциал описывает, сколько энергии требуется затратить, чтобы добавить лишний электрон в систему, пренебрегая электрической потенциальной энергией. 1 Уровень Ферми, в свою очередь, представляет собой наивысший уровень занятой энергии в веществе при абсолютном нулевом значении температуры. 2

В чистом полупроводнике при температуре 0 К уровень химического потенциала находится точно посередине запрещённой зоны. 34 Если эффективные массы электронов и дырок не равны, то с ростом температуры он смещается в сторону зоны с меньшей эффективной массой. 4