費米能級是溫度為絕對零度時固體能帶中充滿電子的最高能級，常用EF表示。對於固體試樣，由於真空能級與表面情況有關，易改變，所以用該能級作為參考能級。電子結合能就是指電子所在能級與費米能級的能量差。雖然嚴格來說，費米能級等於費米子系統在趨於絕對零度時的化學勢；但是在半導體物理和電子學領域中，費米能級則經常被當做電子或空穴化學勢的代名詞。一般來說，“費米能級"這個術語所代表的含義可以從上下語境中判斷。費米能級差等於費米子系統在趨於絕對零度時的化學勢；但是在半導體物理和電子學領域中，費米能級差則經常被當做電子或空穴化學勢的代名詞。一般來說，“費米能級差"這個術語所代表的含義可以從上下語境中判斷。根據量子力學理論，具有半奇數自旋量子數（通常為1/2）的費米子，如電子，遵循泡利不相容原理，即一個量子態只能被一個粒子所佔據。因此，費米子在能級中的分佈遵循費米-狄拉克分佈。一個由無相互作用的費米子組成的系統的基態模型可按照如下的方法構造：從無粒子系統開始，將粒子逐個填入現有而未被佔據的最低能量的量子態，直到所有粒子全部填完。此時，系統的費米能就是最高佔據分子軌道的能量。