Forskjellige stoffer avgir elektroner til omgivelsene (en prosess kalt emisjon) i forskjellig grad, avhengig av temperaturen. Denne egenskapen beskrives av den såkalte arbeidsfunksjonen for et stoff, som er en materialkonstant. Jo lavere arbeidsfunksjon, jo mere emisjon ved en gitt temperatur. Emisjonen er ellers proporsjonal med kvadratet av temperaturen, angitt i grader Kelvin. Elektronene som avgis samles i en elektronsky nær katoden. Denne skyen kalles også romladningen, og kan betraktes som en egen elektrode med en spenning som er noe lavere enn katoden sin. Derfra trekkes elektronene over til anoden og katoden fyller opp skyen alt etter forbruket. Skyen vokser ikke utover en viss grense siden den er negativt ladet og derfor hindrer videre emisjon; skyen driver altså nye kandidater tilbake til katoden.