当电子在绝对零度下填充能级时，它们遵循费米-狄拉克统计，每个量子态只能容纳一个电子。一维、二维和三维自由电子气的能态密度D可以通过计算得出，其基础公式为D=4π*(2m/h^3)^(3/2)*e^(1/2)，其中m是电子质量，h是普朗克常数。在0k时，电子从能量为0的开始填充，直到达到一个最大能量μ(0)，这个过程中的粒子数可通过积分得到，进而计算内能U。内能的三分之二对应于体积V下的压力P。
对于晶体中的准自由电子，例如在导带底附近，有效质量m*起着关键作用。能态密度Nc(E)随能量E的增加呈球形等能面的平方根关系，即Nc(E)∝(E-Ec)^(1/2)，其中Ec是导带底的能量。
在实际的半导体材料如硅(Si)和锗(Ge)中，等能面是旋转椭球形状，这导致有效质量有所变化。通过计算E(k)=Ec+(k1?+k2?/mt*+k3?/ml*)，可以得到更为复杂的状态密度有效质量mdn*，它由轻空穴和重空穴的有效质量决定。
对于价带顶附近的空穴，其能态密度Nv(E)也有类似的形式，空穴的状态密度有效质量mdp*由轻空穴和重空穴的有效质量的特定组合决定。总的来说，一维、二维和三维自由电子气的能态密度计算涉及到电子质量、等能面形状和有效质量的调整。