电极通过势能垒的热辐射向较冷的电极发射电子，从而产生有用的电力输出。铯蒸汽用于优化电极的功函数，并通过等离子体中的表面电离或电子碰撞电离提供离子以中和电子空间电荷。
定义.从物理电子学的观点看，热离子能量转换是从热离子发射电子的热量中直接产生电力，而从热力学的观点看，又是在发电循环中利用电子蒸气作为的工作载体。热离子转换器由热发射极和较冷的收集极组成，电子通过热离子发射从热发射极中蒸发出来，在电极间经等离子体传导后，冷凝在收集极中，通常会在发射极表面产生每平方厘米几安培的电流。根据