熱平衡状態で、電子の占める確率が2分の1となるエネルギー準位で、絶対零度では電子が存在し得る最高のエネルギー準位となる。半導体、絶縁体の場合にはフェルミ準位が伝導帯と価電子帯の間の禁制帯の中に位置し、真性半導体では禁制帯の中央付近となる。金属では真空準位からフェルミ準位までのエネルギーが仕事関数に対応する。電子は物理学（量子力学）においてフェルミ・ディラック分布に従い、フェルミ粒子系の化学ポテンシャルとなる。