自20世纪20年代以来，电子线路元件主要是真空管、电阻、电容及线圈，不仅体积大、重量重，还耗电多。30年代的一只电子管收音机，足有现在的电视机那么大。人们迫切希望有新的元件问世。
1945年，美国贝尔实验室的科学家，注意到制约未来远程通信发展的一些因素，主要是电子管放大器消耗能量大、容易损坏以及电磁继电器速度慢的缺点，而这正是实现远距离无线电通信的障碍。于是，他们决定研究新型电子器件，肖克莱提议以半导体为研究方向。早在1925年，就有科学家发现了半导体的场效应特性，在半导体的两端施加电场，就会改变半导体中电荷的浓度，从而改变半导体的导电能力。
当年夏天，贝尔实验室决定成立一个专门研究小组，以肖克莱、布拉顿和巴丁为核心，负责弄清楚半导体的机理，探讨利用半导体来做放大器的可能性。他们发现了同一种半导体材料的两种不同的导电机理，这就是P型半导体和N型半导体。P型半导体以正电荷（空穴）导电，N型半导体以负电荷（电子）导电；通过控制杂质的浓度，就可控制导电电荷的多少。P型半导体和N型半导体结合在一起可以形成pn结，pn结理论对晶体管的发明起了重要作用。
很快，他们又发现，利用电解液来改变半导体表面附近的空间电荷层，就可以实现肖克莱用“场效应”原理做放大器的设想了。
接下来，他们先是用P型硅片做实验，实现了电流和功率的放大，然后又用N型锗片做这个实验，发现效果更好。后来，巴丁和布拉顿提出了新实验方案——点接触方案。他们在氧化的锗片表面上，蒸镀两个间距比一根头发丝还细的金点，第一个金——锗触点加正向偏压，第二个金——锗触点加反向偏压，这样就获得了电压和功率放大。1947年12月，世界上第一只晶体管在贝尔实验室里诞生了。1948年1月，肖克莱阐述了晶体管的工作机理，揭开了晶体管放大作用的秘密。他认为，并不是半导体的表面态或是场效应起了作用，而是半导体本身的载流子（电子、空穴）在起作用，从而完善了PN结理论。肖克莱、布拉顿、巴丁三人，因在晶体管发明、半导体物理方面的贡献，同获1956年诺贝尔物理学奖。