Os raios catódicos são obtidos em tubos fechados (a pressões inferiores a cerca de 10^-3 mbar) colocando-se dois eletrodos aos quais se aplica uma diferença de potencial suficientemente elevada. Estes raios são formados por elétrons e, por isso, podem ser manipulados por intermédio de campos elétricos e magnéticos. Os elétrons, por terem uma pequena massa (9,11 x 10^{-31 k}g), são muito sensíveis a pequenas ddp, justificando assim o uso de raios catódicos na construção de osciloscópios.

      A eficiência de produção de elétrons pode ser substancialmente aumentada quando é aplicado o fenómeno da emissão termiônica. Os metais incandescentes emitem espontâneamente elétrons, mesmos na ausência de um campo eléctrico, os quais formam uma nuvem eletrônica em torno do corpo incandescente. Assim, aquecendo o cátodo forma-se em torno deste uma nuvem eletrônica. Se for aplicada uma diferença de potencial entre o cátodo e o ânodo, o campo elétrico arrastará os elétrons no sentido do ânodo, formando-se assim um feixe eletrônico (feixe de raios catódicos).