Принцип работы туннельного диода основан на квантово-механическом эффекте туннелирования. 3

Когда напряжение на туннельном диоде меньше порогового значения, ток через диод очень мал, так как большинство электронов не могут преодолеть потенциальный барьер. 3 При увеличении напряжения выше порогового значения ток резко возрастает из-за туннелирования электронов. 3

В очень узком интервале входных напряжений, при увеличении прямого смещения дифференциальное сопротивление диода становится отрицательным, и ток не растёт, а, напротив, падает. 2 Сила тока уменьшается до некоего минимального значения, зависящего от параметров конкретного радиокомпонента. 2 При дальнейшем повышении напряжения ток снова начинает расти, и вольт-амперная характеристика возвращается к своему обычному виду. 2

Образующаяся область отрицательного дифференциального сопротивления, где увеличение напряжения сопровождается уменьшением силы тока, используется для усиления слабых сверхвысокочастотных сигналов. 1