費米能階是指絕對零度下電子所佔據能量的最高值，在有限溫度下則定義為電子佔據機率恰為50%的能量，是表示半導體電子狀態的基準線。在能帶圖中通常標記為 EF，是判讀材料導電型與載子濃度最重要的指標。
在本質半導體中，費米能階大約位於能隙的中央。加入磷或砷等施體的 n 型半導體，費米能階會上移靠近導帶；加入硼等受體的 p 型半導體，則會下移靠近價帶。也就是說，只要看費米能階的位置，就能知道該半導體是 n 型還是 p 型，以及載子有多少。
將不同材料或不同導電型的半導體接合時，在熱平衡狀態下，整體的費米能階會對齊成一直線，這是基本原則。因此在 pn 接面或金屬－半導體接面中，能帶會彎曲以使費米能階對齊，從而形成空乏層與內建電位。pn 接面、蕭特基接面與 MOS 結構的運作，都能以費米能階的概念統一理解。