Явище випромінювання електронів нагрітими тілами називається термоелектронною емісією. Емісія електронів зростає із збільшенням температури.

Якщо розжарений метал зробити катодом вакуумної трубки (прикласти до нього негативний потенціал) та ввести ще один електрод, приклавши до нього позитивний потенціал (анод), то електричне поле між катодом та анодом відтягуватиме електрони від катода,  електронна хмаринка навколо нього почне розсіюватись, створяться умови для подальшої емісії електронів. Отже, в трубці, яка одержала назву двохелектродної лампи, , або діодом створиться термоелектронний струм.

Величина струму з одиничної поверхні катода називається густиною термоелектронного струму j. Провідність діода не залишається величиною сталою, а залежить від анодної напруги Ua, температури катода Т та матеріалу, з якого він виготовлений.

На рис. 7.10 показана схема увімкнення діода. Якщо Т1=const, то змінюючи анодну напругу, одержимо залежність величини анодного струму від анодної напруги − вольтамперну характеристику (ВАХ).  Особливості ВАХ діода: при відсутності Ua існує незначний струм І0; при напрузі Uн − струм досягає максимального значення (струм насичення, величина якого не залежить від анодної напруги); збільшення струму розжарення катода веде до збільшення його температури та відповідно до збільшення струму насичення.


 
 

Досягнення струму насичення пояснюється тим, що при даній температурі метал не може випустити більшу кількість електронів, яка пропорційно пов’язана із величиною Іа.

Початкові ділянки ВАХ діода для різних температур майже співпадають і описуються формулою Богуславського−Ленгмюра:

, де коефіцієнт В залежить від форми, розмірів та матеріалу катода.  Отже, ВАХ діода − нелінійна.

Залежність густини струму насичення від температури задовільно описується формулою Річардсона:

, де

С − характеристична величина для кожного металу;

Т − абсолютна температура;

А − робота виходу електрона з металу;

k − стала Больцмана.

Ця формула виведена із класичної електронної теорії, квантова ж теорія дає результат (формула Річардсона−Дешмана):

, де D = 6,02∙105 А/(м2∙К2) − стала.

Насправді дві останні формули дають близькі результати, оскільки залежність j=f(T) в основному визначається експоненціальним множником, який присутній в обох формулах.

Із викладеного зрозуміло, що діод пропускає електричний струм лише в одному напрямку. Ця властивість використовується в лампових випрямлячах.

Для керування рухом електронів між катодом та анодом можуть встановлюватись додаткові електроди − сітки. Залежно від їх кількості розрізняють лампи − тріоди, пентоди тощо. Такі лампи використовують, як і транзистори, для генерування та підсилення електричних коливань.