Найчастіше дія такого джерела, заряджених частинок ґрунтується на властивості металевих тіл, нагрітих до високої температури, випускати електрони. Цей процес називають термоелектронною емісією. Явище термоелектронної емісії призводить до того, що нагрітий металевий електрод, на відміну від холодного, неперервного випускає електрони, які утворюють навколо електрода електронну хмарку. Електрод при цьому заряджений позитивно, і під впливом електричного поля електрони з хмарки повертаються до катода. Щоб вийти з металу, електрони виконують роботу проти сил притягання з боку катода і відштовхування з боку інших електронів хмаринки. Цю роботу називають роботою виходу електронів з металу. Через деякий час за будь-якої температури між хмаркою, утвореною електронами, і металом установиться рівновага - стан, за якого кількість електронів, що покинули метал катода за певний проміжок часу, дорівнює кількості електронів, що повернулися до металу за цей проміжок часу.

Різниця між гарячим і холодним електродами, впаяними в закриту посудину, із якої відкачують повітря, полягає в односторонній провідності електричного струму між ними. У разі під'єднання електродів до джерела струму між ними виникає електричне поле. Якщо "+" джерела з'єднати з холодним електродом (анодом), а "-" - з нагрітим (катодом), то під дією електричного поля електрони полетять до анода і у вакуумі виникне електричний струм. Якщо прикласти електричне поле навпаки, то в колі струму не буде, оскільки електричне поле буде заганяти електрони, які покинули поверхню катода, назад в метал і коло буде розімкненим.

Односторонню провідність використовують в електронних приладах з двома електродами - вакуумних діодах. Будова сучасного вакуумного діода така. Усередині скляного балона відкачують повітря і туди впаюють два електроди. Катод покрито шаром оксиду лужноземельних металів. З нагріванням цього шару виділяється велика кількість електронів, які досягають анода. В електричному колі з діодом струм проходить тоді, коли катод розігріто до високої температури, а анод з'єднано з позитивним полюсом джерела струму. У сучасних діодах використовують непряме нагрівання катода за допомогою невеликої спіралі, розміщеної всередині циліндричного катода. У цьому разі температура підігріву досягає лише 1000 К. Графік залежності сили струму I_a від прикладеної між анодом і катодом напруги Uназивають вольт-амперною характеристикою діода. За деякого значення напруги, що залежить від температури катода, струм досягає максимального значення і далі не змінюється, бо всі електрони попадають на анод. Його називають струмом насичення I_н. Вольт-амперна характеристика лампи нелінійна, і закон Ома в цьому разі не виконується. З підвищенням температури катода внаслідок збільшення кількості електронів, що вилітають з катода, струм насичення зростає.

Якщо в аноді двохелектродної електронної лампи зробити невеликий отвір, то частина електронів, прискорених електричним полем, створить за анодом електричний пучок. Кількість електронів у пучку можна регулювати, помістивши між катодом і анодом додатковий електрод і змінюючи його потенціал.

Отриманий електронний пучок має такі властивості:

1. Попадаючи на тіла, викликає їх нагрівання і використовується для електронного плавлення надчистих металів.

2. Під час гальмування швидких електронів пучка, що попадають на речовину, виникає рентгенівське випромінювання. Такі речовини, як скло, сульфіди цинку і кадмію, бомбардовані електронами, світяться.

3. Електронні пучки відхиляються електричним полем (наприклад, пролітаючи між пластинами конденсатора, електрон відхиляється від негативно зарядженої пластини).

4. Електронні пучки відхиляються і в магнітному полі.

Першу властивість використовують для плавлення надчистих металів, для зварювання, спаювання та різання металів у вакуумі. Другу властивість викори стовують у рентгенівських трубках: під час різкого гальмування електронного пучка виникають електромагнітні хвилі частотою понад 2•1017 Гц. Третю і четверту властивості використовують в електроннопроменевих трубках — вакуумних пристроях з керованим електронним пучком і спеціальним екраном, який світиться в місцях потрапляння електронів. Електронно-променева трубка тривалий час була основним елементом осцилографа — пристрою для дослідження змінних процесів в електричних колах

Застосування електролізу: Гальваностегія - покриття металевих виробів тонким шаром іншого металу. Гальванопластика - електролітичне виготовлення копій з рельєфних предметів. Рафінування - одержання чистих металів. Очищення води.

Практичне застосування електричної дуги для зварювання металів вперше було запропоноване російським винахідником М.М. Бенардосом у 1882 році. Значний внесок у розвиток теорії і практики дугового зварювання вніс вітчизняний вчений Є.О.Патон (1870-1953).

Дуговий розряд знайшов застосування в ртутному випрямлячі, що перетворює змінний електричний струм в струм постійного напряму.

Яскравим прикладом іскрового розряду в природі є блискавка. особливості іскрового розряду дозволяють застосовувати його в багатьох технологічних процесах, зокрема, для обробки металів.

Тліючий розряд використовується в газосвітних трубках, лампах денного світла, стабілізаторах напруги, для отримання електронних і іонних пучків. Якщо в катоді зробити щілину, то крізь неї в простір за катодом проходять вузькі іонні пучки − канальне проміння. Широко використовується явище катодного розпилювання, тобто руйнування поверхні катода під дією іонів, що об нього вдаряються. Ультрамікроскопічні осколки матеріалу катода летять у всі сторони прямолінійними траєкторіями і покривають тонким шаром поверхню тіл (особливо діелектриків), поміщених в трубку. У такий спосіб виготовляють дзеркала для ряду приладів, наносять тонкий шар металу на селенові фотоелементи.

Коронний розряд використовується в електричних фільтрах, які дозволяють здійснювати якісне очищення димових викидів електростанцій та великих підприємств.

Рухом плазми можна керувати за допомогою електричного та магнітного полів, а тому електричний струм у плазмі широко використовується в сучасній техніці та технологіях: в МГД генераторах, в плазмотронах для різання і обробки металів, у газонаповнених електричних лампах, у хімічній технології одержання ацетилену і ін.

Вакуумні діоди використовують для випрямлення змінного електричного струму поряд з напівпровідниковими діодами.

Напівпровідникові діоди набули широкого застосування в сучасній техніці і електроніці. Основне їх призначення – випрямлення змінного струму і детектування високочастотних радіосигналів.

Для підсилення та перетворення електричних сигналів використовують транзистори – напівпровідикові прилади, у яких використано щонайменше два р-n – переходи.

До складу сучасних мікросхем входять сотні тисяч транзисторів та діодів.