单独的电流通过由镍铬合金制成的高电阻灯丝（加热器），将阴极加热到红热状态（800-1000℃）后可导致它释放电子到真空。这一过程即热发射。阴极通常涂有碱土金属氧化物，如钡或锶的氧化物。因为它们具有较低的功函数，可使发射的电子数量增加。有些真空管则直接加热钨丝，钨丝则既作为加热器也是阴极本身。交流电会在负极及与其同心的阳极板之间整流，当板子带正电时，静电会从负极处吸引电子。所以电子即从阴极连通到阳极成为了电流。然而当极性反转阳极板带有负电时，阳极板不会发射电子，而阴极也并不会吸引电子，因而没有电流会产生。如此