Тепло, которое тратится на нагрев катода, никаким образом в работе электровакуумного прибора не используется — оно идет только на получение электронов. Чем меньше работа выхода материала, из которого сделан катод, тем меньше надо его нагреть, для того чтобы получить то же количество свободных электронов в вакууме над поверхностью металла узнать о катодах и использовать такие материалы, у которых работа выхода минимальна.
Сначала катоды ламп делали мало отличающимися от нитей в обыкновенной электрической осветительной лампочке (-2000°С). Потом стали покрывать вольфрам такими металлами, как торий, при этом температуру катода удалось снизить. Мощные генераторные лампы и сейчас имеют катоды из вольфрама с торием в виде стержней (катод прямого накала).
В радиоприемниках и других приборах используют лампы с катодом, выполненным в виде тонкого цилиндра или коробочки, покрытых специальными соединениями с малой работой выхода, а нагревается этот кожух спиралью, расположенной внутри него. Спираль электрического контакта с кожухом не имеет. Она изолирована от него теплостойкой изоляцией из окиси алюминия. Это удобно и для включения электронных устройств в схемы приборов, так как вспомогательная цепь накала оказывается изолированной от остальной схемы.
Если в стеклянную колбу, из которой откачан воздух, поместить только два электрода: нагреваемый катод и расположенный на некотором расстоянии от него электрод-анод-получится электронно-вакуумный прибор-диод. Его особенность заключается в том, что ток в цепи, содержащей диод, может течь только в одном напранлении. Если на катоде минус, а на аноде плюс источника напряжения — ток в цепи течет, так как электроны, вылетевшие из катода за счет термоэлектронной эмиссии в вакууме под действием электрического поля, движутся к аноду. Сколько электронов выходит под действием термоэлектронной эмиссии из катода, столько же их попадает на анод.