HEMT（High Electron Mobility Transistor，高電子遷移率電晶體）的工作原理主要基於異質結兩側半導體材料的禁頻寬度不同，導致費米能級不同。電子會從寬禁帶材料向窄禁帶材料轉移，直到兩側的費米能級達到相同。這一過程在異質結界面形成內建電場，引起能帶彎曲，從而在窄禁帶一側形成三角形勢阱，勢阱內聚集了二維電子氣（2DEG）。兩種材料禁頻寬度差別越大，內建電場越強，產生的三角形勢阱越深，二維電子氣濃度就越高。
對於耗盡型HEMT，即使柵極不加電壓，由於內建電場的作用，已經有足夠的二維電子氣濃度使器件導通。要關斷器件，需要在柵極加負壓，以產生一個與內建電場相反的電場，減輕界面能帶彎曲，減小三角形勢阱深度，從而減小二維電子氣濃度。而對於增強型HEMT，柵極不加電壓時，由於柵電極肖特基勢壘的影響或勢壘層摻雜濃度過低，二維電子氣濃度很低，器件無法導通。要開啟器件，需要在柵極加正壓，以產生一個與內建電場同向的電場，增加能帶彎曲，增大三角形勢阱深度，從而增大二維電子氣濃度，使HEMT導通。
此外，HEMT的電流調製是通過改變柵電極偏置電壓來控制溝道中2DEG的通斷實現的。這種控制機制使得HEMT能夠高效地調製電流，從而在各種電子設備中發揮關鍵作用。