Зависимость между термоэлектронной эмиссией и напряжением накала катода возникает из-за влияния электрического поля на процесс испускания электронов. 25

При нагревании металла увеличивается количество свободных электронов, кинетическая энергия которых превосходит высоту потенциального барьера (работу выхода). 2 Эти электроны будут вырываться с поверхности металла — «испаряться». 2

Однако вылетевшие из катода электроны образуют вблизи него электронное облако, которое создаёт электрическое поле, тормозящее вновь вылетающие электроны. 1 В результате дальнейшая эмиссия электронов не происходит. 1

При подаче положительного потенциала на анод напряжённость поля анода направлена против напряжённости поля электронного облака. 2 Электрическое поле анода, накладываясь на поле электронного облака, ослабляет его. 2 Это приводит к тому, что увеличивается количество электронов, способных преодолеть тормозящее действие электронного облака и долететь до анода. 2 В цепи анода появляется заметный ток. 2

По мере роста анодного напряжения всё больше электронов, вылетевших из катода, отсасывается к аноду. 3 При определённом значении анодного напряжения все вылетевшие из катода за единицу времени электроны достигают анода, достигается ток насыщения. 3 Дальнейшее увеличение анодного напряжения не приводит к увеличению тока, ибо все электроны, вылетевшие с катода, достигают анода. 2