Cơ chế của điốt zener hoạt động bằng cách sử dụng kết nối phân cực ngược, dẫn đến sự cố cho phép dẫn điện. Nguyên tắc đằng sau cơ chế này được gọi là hiệu ứng zener, được đặt theo tên của người Mỹ nhà vật lý Clarence Zener.
Diode là một thiết bị điện tử bao gồm các chất bán dẫn được phân loại là loại p hoặc loại n. Chất bán dẫn loại p nhiễm điện dương và dư thừa số lỗ trống, còn chất bán dẫn loại n tích điện âm và dư thừa số electron. Ranh giới giữa hai loại bán dẫn được gọi là tiếp giáp p-n. Một diode bình thường thường cho phép dòng điện đi qua bằng cách sử dụng kết nối phân cực thuận.
Diode zener, còn được gọi là diode đánh thủng, thường sử dụng tiếp giáp silicon p-n được phân cực theo chiều ngược lại. Trong kết nối phân cực ngược, điện áp đặt vào ức chế dòng điện. Tuy nhiên, bằng cách liên tục tăng điện áp, diode cuối cùng đạt đến điểm đánh thủng khi lớp suy giảm ở tiếp giáp p-n tan rã. Sự cố này dẫn đến một dòng điện chạy qua diode để kiểm soát điện áp ngược cao. Điểm điện áp đánh thủng mà tại đó một diode zener cho phép dòng điện chạy qua được gọi là điện áp zener. Điốt Zener chủ yếu được sử dụng làm bộ điều chỉnh điện áp.
