真空二极管外表是一个金属质的或玻璃质的罩子，里面的空气被精密的抽取，形成真空状态。罩子里面放着一个金属的灯丝叫做阴极（丝极），阴极的周围围着一个金属的圆筒叫做阳极（屏极），

阳极有时也会做成扁筒型或板状。

阴极接到电源之后，就会加热从而发射出电子，就像开水上的水蒸气从水面逃逸出去，被铜片的正极所吸引，只在这个方向上有电流。但是反过来，铜片上的电子没那么炽热，所以不会朝灯丝飞去。

所以有正电压时，这个器件导通，施加负电压时就关断。阴极每秒所发射出的电子数目决定了发射电流的大小，阴极和电池连接在一起形成阴极电路，流过这个电路的电流叫做阴极电流。