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Das Herz logischer Schaltungen bilden elektronisch steuerbare Schalter. Diese werden meist mit Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET - englisch: "metal-oxide-semiconductor field-effect transistor") realisiert. MOSFETs haben gegenüber herkömmlichen Transistoren den Vorteil, dass sie ausschließlich über Spannungen, also elektrische Felder, gesteuert werden und so kein Steuerstrom fließen muss. Das spart Energie und die Wärmeentwicklung wird herabgesetzt.
MOSFETs gibt es in verschiedenen Varianten. Dabei gibt es zwei Unterscheidungsebenen. Die erste Ebene ist die Funktion im Ausgangszustand, also wenn keine Spannungen anliegen. Hierbei wird zwischen selbstsperrenden und selbstleitenden Transistoren unterschieden. Die selbstsperrenden Transistoren sind ohne eine angelegte Spannung geöffnet, es kann also kein Strom fließen. Selbstleitende Transistoren sind ohne angelegte Spannung geschlossen, sodass ein Strom fließen kann. Diese Art der MOSFETs ist für die Implementierung in logischen Schaltungen weniger relevant, weswegen hier ausschließlich auf die selbstsperrenden Transistoren eingegangen wird.
Die zweite Unterscheidungsebene betrifft die Polung der anzulegenden Spannungen und damit welche Dotierungsarten verwendet werden. Hier wird zwischen Transistoren mit n-Kanal und Transistoren mit p-Kanal unterschieden. Was das genau bedeutet, wird im weiteren Verlauf noch erklärt.
Der Aufbau und die Funktionsweise von Transistoren mit n-Kanal und mit p-Kanal sind identisch. Allerdings sind alle Polaritäten jeweils umgekehrt. Deshalb erfolgt die Erläuterung nur am n-Kanal-Transistor.
Die Grundlage des Transistors bildet ein p-dotierter Siliziumkristall. In diesen eingelassen sind zwei n-dotierte Gebiete: Source (S) und Drain (D). Diese bilden die Punkte, zwischen denen geschaltet werden soll. Der Transistor soll also die Verbindung zwischen S und D steuern. Zum Steuern dienen die Anschlüsse Gate (G) und Bulk (B). Der Gate-Anschluss liegt nicht direkt auf dem Kristall auf. Dazwischen befindet sich eine isolierende Metalloxid-Schicht, das Dielektrikum. So wird ermöglicht, dass zum Steuern nur die Spannung zwischen Gate und Bulk dient und kein Strom fließt. Oft wird als Bulk ein noch stärker p-dotiertes Gebiet verwendet und Source und Bulk miteinander verbunden. Der Einfachheit halber ist dies hier nicht berücksichtigt, da sich dies nicht wesentlich auf die Funktionsweise auswirkt.
In der folgenden Animation wird Schritt für Schritt erklärt, wie ein MOSFET funktioniert. Um Missverständnisse zu vermeiden, sei noch einmal darauf hingewiesen, dass Feldlinien - also die Pfeile, die die Spannungsrichtungen anzeigen - immer vom größeren Potential zum kleineren gerichtet sind. Im einfachsten Fall heißt das von "+" nach "−".
Zum Schluss sei noch der Vollständigkeit halber auf das Schaltzeichen hingewiesen. Selbstsperrende Transistoren werden dabei mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Der Gate-Anschluss ist der, der an die durchgezogene Linie führt, gegenüber der Source- und Drain-Anschlüsse. Der Bulk-Anschluss ist mit einem Pfeil versehen und wird manchmal mit dem Source-Anschluss verbunden. Bei einem n-Kanal-Transistor (wie im Beispiel beschrieben) zeigt der Pfeil zur gestrichelten Linie hin. Bei einem p-Kanal-Transistor ist die Pfeilrichtung entgegengesetzt. Der Pfeil zeigt also die Richtung an, in der die Elektronen fließen.
Beide Arten von Transistoren sind ohne angelegte Spannungen sperrend. Soll ein n-Kanal-Transistor in den leitenden Zustand geschaltet werden, muss eine Spannung von Gate nach Bulk angelegt werden (also das höhere Potential am Gate). Bei p-Kanal-Transistoren muss diese Spannung genau entgegengesetzt gerichtet sein (also das höhere Potential am Bulk).