Die Tunneldiode wird nach ihrem japanischen Erfinder Leo Esaki auch Esaki-Diode genannt.
Im Gegensatz zu anderen Dioden hat sie keine Sperrwirkung. Sie weist vielmehr in der einen Stromrichtung ein Gebiet mit fallender Strom-Spannungs-Kennlinie auf. Wird die Spannung an einer Tunneldiode erhöht, dann wächst zunächst auch der Strom an. Wird die Spannung weiter erhöht, fällt der Stromwert jedoch ab einem bestimmten Punkt wieder ab. Die Diode wirkt dann in diesem Bereich wie ein negativer Widerstand.
Die Tunneldiode ist eine Flächendiode, die aus einem mit Arsen und Phosphor hoch dotierten n-leitenden Germaniumplättchen besteht. In dieses ist eine ebenfalls hochdotierte Indiumpille einlegiert. Das Germaniumplättchen wird auf den Diodenträger aufgelötet, während das auflegierte Iridiumkügelchen (Indiumpille) großflächig kontaktiert wird. Die wegen der hohen Dotierung dünne Sperrschicht durchfliegen die Elektronen nahezu mit Lichtgeschwindigkeit, gewissermaßen durch einen Tunnel in dem auf ihrem Wege liegeneden Potentialwall.
Tunneldioden können als aktives Verstärkerelement dienen und als rauscharme Eingangsstufe im Mikrowellengebiet bis 10.000 MHz. Sie eignen sich z. B. für ultraschnellen Schaltern, Impulsformern oder Multivibratoren.