量子隧穿是一个纯量子效应，在经典力学中不会发生。该效应存在于大量量子系统中，可以用来解释太阳核聚变、α衰变等现象的机制。对于固定的势垒，微观粒子能量越高，穿过势垒的概率越大。

江崎玲於奈发现和研究了PN结的隧道效应，并于1957年制成了隧道二极管，他因此获得了1973年诺贝尔物理学奖。隧道二极管具有负阻特性，即电压越高，电流越小，可用在微波放大和高速开关等电路中。1974年张立纲、江崎玲於奈和朱兆祥在双势垒结构中观察到了共振隧穿效应。双势垒结构由两个势垒层和中间一个量子阱组成，结构两边的电极上加电压时，其中就会有电流通过。实验发现，外加电压变化到量子阱中的束缚态能级与发射极电子的费米能级对齐时，电流达到极大；如果再继续增大外加电压，能级不再对齐，电流会减小，产生负阻，称为共振隧穿。利用共振隧穿效应已经制成共振隧穿二极管（RTD），已有报道砷化铟/硫酸铵铝（InAs/AlSb）RTD的最高振荡频率高达712吉赫（10⁹赫）。