Руководители Bell Labs понимали, что полупроводники могут стать альтернативой электронно-лучевым усилителям и электромеханическим коммутаторам, используемым в общенациональной телефонной системе Bell. В 1936 году новый директор по исследованиям Bell Labs Мервин Келли начал нанимать физиков, занимающихся полупроводниками. Среди его первых сотрудников был Уильям Б. Шокли, который предложил несколько конструкций усилителей на основе медно-оксидных полупроводниковых материалов, которые в то время использовались для изготовления диодов. С помощью Уолтера Х. Браттейна, физика-экспериментатора, уже работавшего в Bell Labs, он даже попытался изготовить прототип устройства в 1939 году, но оно полностью провалилось. Теория полупроводников еще не могла объяснить, что именно происходит с электронами внутри этих устройств, особенно на границе раздела меди и ее оксида. Сложность теоретического понимания усугублялась проблемой контроля точного состава этих ранних полупроводниковых материалов, которые представляли собой бинарные комбинации различных химических элементов (например, меди и кислорода).
После окончания Второй мировой войны Келли реорганизовал Bell Labs и создал новую группу по исследованию полупроводников во главе с Шокли. Послевоенные поиски твердотельного усилителя начались в апреле 1945 года с предложения Шокли использовать полупроводники кремния и германия для создания полевого усилителя (см. интегральная схема: Полевые транзисторы). Он рассуждал, что электрическое поле от третьего электрода может увеличить проводимость находящейся под ним пластины полупроводникового материала и тем самым позволить протекать через нее полезному току. Но попытки изготовить такое устройство, предпринятые Браттейном и другими членами группы Шокли, снова не увенчались успехом. В марте следующего года Джон Бардин, физик-теоретик, которого Шокли нанял в свою группу, предложил возможное объяснение. Возможно, электроны, притягиваемые электрическим полем к поверхности полупроводника, блокируют проникновение этого поля в объемный материал, тем самым не позволяя ему влиять на проводимость.
Догадка Бардина подтолкнула программу фундаментальных исследований в Bell Labs по изучению поведения этих электронов, находящихся в «поверхностном состоянии». Изучая это явление в ноябре 1947 года, Браттейн наткнулся на способ нейтрализовать их блокирующий эффект и позволить приложенному полю проникнуть глубоко в полупроводниковый материал. Работая в тесном сотрудничестве в течение следующего месяца, 16 декабря 1947 года Бардин и Брэттейн изобрели первый успешный полупроводниковый усилитель, названный транзистором с точечным контактом. Подобно кристаллическим выпрямителям времен Второй мировой войны, это странное на вид устройство имело не одну, а две близко расположенные металлические проволоки, воткнутые в поверхность полупроводника — в данном случае германия. Входной сигнал на одной из этих проволочек (эмиттер) повышал проводимость германия под ними, тем самым модулируя выходной сигнал на другой проволочке (коллектор). Наблюдатели, присутствовавшие на демонстрации этого устройства на следующей неделе, могли слышать усиленные голоса в наушниках, которые оно питало. Позже Шокли назвал это изобретение «великолепным рождественским подарком» для дальновидной компании, поддержавшей исследовательскую программу, в рамках которой был совершен этот прорыв.
Чтобы не отставать от членов своей группы, Шокли придумал еще один способ изготовления полупроводникового усилителя уже в следующем месяце, 23 января 1948 года. Его транзистор представлял собой трехслойный сэндвич из германия или кремния, в котором соседние слои легировались различными примесями, чтобы вызвать различные электрические характеристики. Входной сигнал, поступающий в средний слой — «мясо» полупроводникового сэндвича, — определял силу тока, протекающего от одного конца устройства к другому под действием приложенного напряжения. Устройство Шокли часто называют транзистором с биполярным переходом, поскольку для его работы необходимо, чтобы отрицательно заряженные электроны и их положительно заряженные аналоги (дырки, соответствующие отсутствию электронов в кристаллической решетке) кратковременно сосуществовали в присутствии друг друга.
Название «транзистор» — комбинация слов «перенос» и «резистор» — было придумано для этих устройств в мае 1948 года инженером-электриком Bell Labs Джоном Робинсоном Пирсом, который в свободное от работы время также был автором научной фантастики. Месяц спустя Bell Labs объявила о революционном изобретении на пресс-конференции в своей штаб-квартире в Нью-Йорке, назвав Бардина, Брэттэйна и Шокли тремя изобретателями транзистора. В итоге за свое изобретение они были удостоены Нобелевской премии по физике.
Хотя транзистор с точечным контактом был первым изобретенным транзистором, он прошел сложный период становления и в итоге был использован только в коммутаторе, сделанном для телефонной системы Bell. Их надежное производство с одинаковыми рабочими характеристиками оказалось сложнейшей задачей, в основном из-за трудно контролируемых отклонений в точечных контактах между металлом и полупроводником.
Шокли предвидел эти трудности еще в процессе разработки транзистора с переходом, который, по его расчетам, было бы гораздо проще изготовить. Но на решение проблем, связанных с его разработкой, потребовалось более трех лет, до середины 1951 года. Ученые, инженеры и техники Bell Labs сначала должны были найти способы получения сверхчистого германия и кремния, сформировать крупные кристаллы этих элементов, покрыть их узкими слоями необходимых примесей и прикрепить к этим слоям тонкие провода, которые служили бы электродами. В июле 1951 года Bell Labs объявила об успешном изобретении и разработке транзистора с переходом, на этот раз в центре внимания был только Шокли.