Die beiden stets vorhandenen Eletroden sind die Anode und Kathode. In oder nahe bei der Kathode befindet sich zumeist ein Glühdraht , der stromdurchflossen die Kathode zur Rotglut erhitzt. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen Kathode und Anode weden die in der Kathode durch die Wärmebewegung freigesetzten Elektronen durch das Vakuum zur Anode beschleunigt.

Diese einfachste Röhre wird Diode genannt.

Eine einfache Röhre mit drei Elektroden ist die Triode. Die dritte Elektrode, das Gitter, befindet sich zwischen Kathode und Anode; wie der Name andeutet, ist des als löchriges Gitter in den Zwischenraum hineingesetzt. Die zwischen Kathode und Anode bewegen Elektronen lassen sich durch Anlegen einer positiven Spannung an das Gitter regulieren. Im Zusammenspiel zwischen der positiven Gitterspannung und der positiven Anodenspannung wird ein Teil der Kathodenelektronen am Gitter eingefangen. Einige gelangen durch das Gitter, und werden dann weiter zur Anode beschleunigt. Die Menge dieser Elektronen ist dabei von der Spannung am Gitter abhängig, so das der Stromfluss Anode-Kathode durch die Spannung am Gitter geregelt wird. Das macht die Triode zu dem historisch ersten elektronischen Verstärker, eine Funktion in der sie heute meist durch die kleineren, rausch- und verlustärmeren Transistoren ersetzt wurde.

Außer den kleinen Glas-Vakuumröhren, die in der Haushaltselektronik eingesetzt wurden, gibt es auch heute noch angewendet viele Sonderbauformen von Vakuum-Röhren, die auf Basis der selben physikalischen Grundlagen arbeiten, z.B.:

• das Klystron , ein Sende-Verstärker, der z.B. in Radaranlagen oder Teilchenbeschleunigern verwendung findet.
• die Wanderfeldröhre, ebenfalls in der Radartechnik benutzt.
• das Magnetron, als selbstständiger Mikrowellengenerator in der Radartechnik und als Hauptteil des Mikrowellenherdes benutzt.

• Elektronenröhre