Μια διασταύρωση σήραγγας είναι ένα σημείο όπου συναντώνται δύο διαφορετικά ηλεκτρικά αγώγιμα ή μαγνητικά υλικά, που συνήθως χωρίζονται από ένα λεπτό φράγμα, με σκοπό τη διέλευση ηλεκτρονίων από το ένα υλικό στο άλλο. Η καθοριστική πτυχή μιας διασταύρωσης σήραγγας είναι ότι, μηχανικά μιλώντας, τα ηλεκτρόνια είναι πολύ αδύναμα για να διαπεράσουν το φράγμα της διασταύρωσης, αλλά το κάνουν ούτως ή άλλως μέσω μιας αρχής που ονομάζεται κβαντική σήραγγα. Οι διασταυρώσεις σήραγγας είναι χρήσιμες σε πολλές ηλεκτρονικές συσκευές ταχείας δράσης, όπως τσιπ μνήμης flash, αύξηση της απόδοσης των φωτοβολταϊκών στοιχείων και κατασκευή εξαιρετικά γρήγορων διόδων ικανών να αντιδρούν σε υψηλότερες συχνότητες από ό,τι θα ήταν διαφορετικά.
Η αρχή της κβαντικής σήραγγας, στην οποία βασίζεται η λειτουργία όλων των κόμβων σήραγγας, θεμελιώνεται στις θεωρίες της κβαντικής μηχανικής. Αυτές οι θεωρίες δηλώνουν ότι, παρόλο που, μαθηματικά, ένα ηλεκτρόνιο δεν έχει την ενεργή μηχανική ενέργεια για να περάσει μέσα από την αποθηκευμένη ενέργεια ενός δεδομένου φραγμού, οι πιθανότητες οποιοδήποτε δεδομένο ηλεκτρόνιο να παραβεί το φράγμα, αν και εξαιρετικά μικρές, δεν είναι μηδενικές. Καθώς η διέλευση ενός ηλεκτρονίου από ένα προφανώς ανώτερο φράγμα δεν είναι κανονικά μαθηματικά ή μηχανικά δυνατή, αλλά υπάρχει παρ’ όλα αυτά, οι επιστήμονες έχουν υποθέσει ότι το ηλεκτρόνιο το επιτυγχάνει ως αποτέλεσμα μιας θεωρίας κβαντικής μηχανικής που ονομάζεται δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου.
Η θεωρία δυαδικότητας κυμάτων-σωματιδίων δηλώνει ότι όλες οι μορφές ύλης, ο ηλεκτρισμός στην περίπτωση μιας διασταύρωσης σήραγγας, υπάρχουν σε δύο ξεχωριστές καταστάσεις ταυτόχρονα. Πρώτον, η ύλη υπάρχει ως σωματίδιο, όπως ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο έχει μια ορισμένη ποσότητα ενεργού μηχανικής ενέργειας λόγω της μάζας και της ταχύτητάς του. Δεύτερον, η ύλη υπάρχει ως κυματομορφή, η οποία λειτουργεί και δονείται σε μια ορισμένη συχνότητα.
Ως αποτέλεσμα της δυαδικότητας κύματος-σωματιδίου, ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να μην έχει την ενεργή μηχανική ενέργεια για να περάσει μέσα από ένα φράγμα. Ωστόσο, σε αρκετά υψηλή συχνότητα, μπορεί να έχει αρκετή ενέργεια κυματομορφής για να περάσει μέσα από το φράγμα. Σε αρκετά υψηλή συχνότητα, η ενέργεια κυματομορφής ενός ηλεκτρονίου μπορεί κυριολεκτικά να δονείται μέσω του φράγματος χαμηλής συχνότητας σε μια ενέργεια που αναφέρεται ως κβαντική σήραγγα. Ως αποτέλεσμα των πολύ υψηλών συχνοτήτων που εμπλέκονται με την κβαντική σήραγγα, οι ενέργειες των ηλεκτρονίων που εμπλέκονται συμβαίνουν εξαιρετικά γρήγορα, γεγονός που επιτρέπει σε μια συσκευή που χρησιμοποιεί μια διασταύρωση σήραγγας να λειτουργεί εξαιρετικά γρήγορα. Αυτή η ταχύτητα μπορεί στη συνέχεια είτε να χρησιμοποιηθεί για την επιτάχυνση της λειτουργίας του ηλεκτρικού εξοπλισμού είτε για την ανίχνευση, τον εντοπισμό και την αντίδραση σε πολύ γρήγορα κινούμενες μορφές ενέργειας όπως τα ελαφρά κύματα.
Στην πράξη, οι κόμβοι σήραγγας χρησιμοποιούνται κυρίως στην ηλεκτρονική. Παρέχουν την ταχύτητα ανάγνωσης και εγγραφής από και προς τη μνήμη flash, επιτρέπουν την κατασκευή εξαιρετικά γρήγορων ταλαντωτών που αυξάνουν την ταχύτητα λειτουργίας των υπολογιστών και επιτρέπουν την κατασκευή επιστημονικών οργάνων που μπορούν να ανιχνεύουν και να λειτουργούν σε περιβάλλοντα υψηλής ακτινοβολίας.
Η διασταύρωση της σήραγγας μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για αλληλεπίδραση με την φωτεινή ενέργεια και εμπλέκεται σε μια σειρά από ερευνητικά έργα που σχετίζονται με το φως. Στην έρευνα για την καθαρή ενέργεια, ενσωματώνεται σε ηλιακά κύτταρα υψηλής απόδοσης, όπου οι υψηλές λειτουργικές συχνότητες του επιτρέπουν να συλλαμβάνει περισσότερη ενέργεια από τα συμβατικά κύτταρα από την ίδια ποσότητα φωτός. Χρησιμοποιείται επίσης σε συνδυασμό με υπεραγωγούς για την παραγωγή ανιχνευτών παρόμοιων με αυτούς που χρησιμοποιούνται στις ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, με την εξαίρεση ότι μπορούν να δουν υπεριώδη ακτινοβολία, ακτίνες Χ και πολλούς άλλους τύπους ενεργειών και ακτινοβολιών κυματομορφής.