Persimpangan terowongan adalah titik di mana dua bahan konduktif atau magnetis yang berbeda bertemu, biasanya dipisahkan oleh penghalang tipis, dengan tujuan untuk melewatkan elektron dari satu bahan ke bahan lainnya. Aspek yang menentukan dari persimpangan terowongan adalah bahwa, secara mekanis, elektron terlalu lemah untuk menembus penghalang persimpangan tetapi tetap melakukannya meskipun prinsip yang disebut terowongan kuantum. Tunnel junction berguna dalam banyak perangkat elektronik yang bekerja cepat, seperti chip memori flash, meningkatkan efisiensi sel fotovoltaik, dan konstruksi dioda yang sangat cepat yang mampu bereaksi pada frekuensi yang lebih tinggi daripada yang mungkin dilakukan.
Prinsip terowongan kuantum, yang menjadi dasar pengoperasian semua sambungan terowongan, didasarkan pada teori mekanika kuantum. Teori-teori ini menyatakan bahwa meskipun, secara matematis, sebuah elektron tidak memiliki energi mekanik aktif untuk melewati energi yang tersimpan dari penghalang tertentu, peluang elektron tertentu menembus penghalang, meskipun sangat kecil, bukanlah nol. Karena lewatnya elektron meskipun penghalang yang jelas lebih unggul biasanya tidak mungkin secara matematis atau mekanis, tetapi tetap ada, para ilmuwan telah menduga bahwa elektron menyelesaikan ini sebagai hasil dari teori mekanika kuantum yang disebut dualitas gelombang-partikel.
Teori dualitas gelombang-partikel menyatakan bahwa semua bentuk materi, listrik dalam kasus persimpangan terowongan, ada di dua keadaan terpisah secara bersamaan. Pertama, materi ada sebagai partikel, seperti elektron, yang memiliki sejumlah energi mekanik aktif karena massa dan kecepatannya. Kedua, materi ada sebagai bentuk gelombang, yang beroperasi dan bergetar pada frekuensi tertentu.
Sebagai akibat dari dualitas gelombang-partikel, sebuah elektron mungkin tidak memiliki energi mekanik aktif untuk melewati penghalang; namun, pada frekuensi yang cukup tinggi, mungkin memiliki energi bentuk gelombang yang cukup untuk melewati penghalang. Pada frekuensi yang cukup tinggi, energi bentuk gelombang elektron secara harfiah dapat bergetar melalui penghalang frekuensi rendah dalam tindakan yang disebut sebagai terowongan kuantum. Sebagai hasil dari frekuensi yang sangat tinggi yang terlibat dengan terowongan kuantum, tindakan elektron yang terlibat terjadi sangat cepat, yang memungkinkan perangkat yang menggunakan persimpangan terowongan untuk beroperasi dengan sangat cepat. Kecepatan ini kemudian dapat digunakan untuk mempercepat pengoperasian peralatan listrik atau untuk mendeteksi, mengidentifikasi, dan bereaksi terhadap bentuk energi yang bergerak sangat cepat seperti gelombang cahaya.
Dalam praktiknya, persimpangan terowongan digunakan terutama dalam elektronik. Mereka memberikan kecepatan untuk membaca dan menulis ke dan dari memori flash, memungkinkan pembuatan osilator sangat cepat yang meningkatkan kecepatan operasional komputer, dan memungkinkan pembangunan instrumen ilmiah yang dapat mendeteksi dan beroperasi di lingkungan radiasi tinggi.
Persimpangan terowongan juga dapat digunakan untuk berinteraksi dengan energi cahaya dan terlibat dalam sejumlah proyek penelitian terkait cahaya. Dalam penelitian energi bersih, ia dimasukkan ke dalam sel surya efisiensi tinggi, di mana frekuensi operasionalnya yang tinggi memungkinkannya menangkap lebih banyak energi daripada sel konvensional dari jumlah cahaya yang sama. Ini juga digunakan bersama dengan superkonduktor untuk menghasilkan detektor yang serupa dengan yang digunakan pada kamera digital, dengan pengecualian bahwa detektor tersebut dapat melihat ultraviolet, sinar-x, dan banyak jenis energi gelombang dan radiasi lainnya.