在強電場作用下，半導體中載流子的平均動能顯著超過熱平衡載流子的平均動能。這種被顯著加熱瞭的載流子稱為熱載流子。有關現象通常稱熱電子現象。
在電場中，載流子一方面從電場獲得能量，另一方面通過碰撞把所獲得的能量傳遞給點陣。在穩態下，載流子由電場獲得能量的速率應等於把能量傳遞給點陣的速率。顯然，隻有在載流子的平均動能超過其熱平衡平均動能時，後者才不為零；而且超過得愈多，後者就愈大。所以在電場下載流子的平均動能應比在熱平衡下的平平均動能（等於點陣的平均動能）高；電場愈強，從電場獲得能量的速率愈大，載流子平均動能就愈高。電場很強時，載流子的平均動能可以很顯著地超過熱平衡時的平均動能。如果載流子之間有較強的相互作用，載流子自身可看作是一個相對獨立的準平衡的系統，則載流子的能量分佈仍具有和熱平衡分佈相類似的形式，隻是分佈函數中的溫度應換為一個高於點陣溫度T 的Te，Te可稱為載流子溫度。但是，實際上強電場下載流子的能量分佈可能與熱平衡分佈函數有較大區別。
由於有高的能量，熱載流子的行為不同於以至顯著不同於處於熱平衡的載流子。例如高能量的載流子受到電離雜質的散射很弱，但聲頻波和光頻波對它們的散射作用卻更強，這會導致遷移率的下降以至漂移速度的飽和；能量足夠高的熱載流子可以轉移到能量更高的非等價能谷中，引起所謂轉移電子效應（見轉移電子器件）；能量足夠高的載流子可以引起各種類型的碰撞電離（見半導體中的雪崩倍增效應）；在多谷帶的情形下，相對諸等價能谷不對稱取向的電場可使各等價谷中的電子受到不同程度的加熱，引起等價谷之間的電子轉移，從而導致遷移率的各向異性；與熱平衡的自由載流子相比，熱載流子的光吸收也要發生變化等等。
強電場下載流子的漂移速度 vd和電場強度E的關系有如下規律：一般在較強電場下，vd近似正比於E½，而在更強的電場下，由於光頻聲子散射的限制，vd接近於一個與電場無關的恒定值。在短溝道場效應器件中必須考慮與熱載流子相聯系的上述非線性輸運現象。
在過剩載流子的壽命和能量弛豫時間相近或比它更短的情形下，熱載流子也可以通過光激發產生。