전자나 원자핵과 같은 미소한 입자는 역장(力場)의 장벽을 투과할 수 있다는 양자역학(量子力學) 특유의 효과. 원자핵에서 방출되는 α 입자의 에너지는 α 입자가 밖으로 나올 때 넘어야 하는 포텐셜 높이보다 작은 경우가 많은데도 α 입자가 포텐셜을 통과하는 현상을 말한다.

[그림]에서는 포텐셜 V(r)의 가장 높은 값 V_M보다 에너지가 낮은 입자가 포텐셜을 통과해 간다.

이와 같은 현상은 고전역학 법칙에 따르는 경우에는 절대로 일어나지 않고, 양자적인 운동에서 유래한다.

투과비율은 포텐셜과 입자의 에너지를 나타내는 선으로 둘러싸인 영역의 면적에 따라 매우 급격하게 변한다.

예컨대 우라늄의 원자핵에서 420만eV(전자볼트)의 α 입자가 이 포텐셜의 벽을 통과하는 확률은 10^-37 정도인데, 이보다도 100만eV가 높은 입자라면 확률이 5×10⁷까지 커진다.

실제의 α 입자가 우라늄에서 튀어나올 비율은, α 입자가 원자핵 내에서 매초 10²¹회 정도 포텐셜 벽과 충돌하므로, 이 확률 보다 훨씬 커진다.

반도체와 금속면의 접촉에 의해 생기는 전자의 흐름은 이 터널효과 때문이다.

특히 불순물이 많은 반도체에 음의 저항이 생기는 에사키다이오드나 조지프슨효과는 터널효과의 전형적인 예이다.