Энергетические уровни атомов расщепляются, когда атомы формируют решетку. Поэтому возникло понятие плотность состояний, означающее количество энергетических уровней в заданном интервале энергий.

Энергетическая структура металлов такова, что верхняя энергетическая зона

заполнена не до конца. Модель  полупроводников предполагает существование

валентной зоны и зоны проводимости. Между ними находится запрещенная зона энергий для электронов и дырок. При переходе от объемного кристалла к наночастицам  происходит расщепление электронных уровней, причем у больших  кластеров  уровни расщеплены меньше. Маленький кластер аналогичен молекуле с ее дискретным набором энергетических уровней, связывающими и антисвязывающими орбиталями. Можно уменьшить кластер до размеров, при которых расстояние между противоположными гранями приблизиться к длине волны электрона и проявляется квантовый размерный эффект. При этом начинают работать законы квантовой механики, т.е. принцип неопределенности Гейзенберга, утверждающий , что чем лучше электрон локализован  в пространстве , тем шире будет диапазон его импульса. Средняя энергия электрона будет определяться не столько  химической природой атомов, сколько размерами частицы. Следует сказать, что квантовый размерный эффект появляется в полупроводниках при больших размерах, чем в металлах, что связано с  большей длиной волны электронов и дырок в полупроводниках.

В полупроводниках длина волны может достигать микрона, в то время как в металлах она составляет порядка 0.5 нм.