Termionska emisija, također poznata kao toplinska elektronska emisija, je proces kojim se nositelji naboja, poput elektrona ili iona, kreću preko površine ili neke vrste energetske barijere indukcijom topline. Nosači naboja prirodno ograničavaju aktivnost; međutim, u termoelektričnoj emisiji, toplinska energija se uvodi u nosače, uzrokujući da oni svladaju te sile. Razlog za sposobnost nositelja naboja da izvedu ovu radnju je taj što su elektroni i ioni pokretni i nevezani za normalne lance atomske strukture koji utječu na druge čestice. Tradicionalno, ovi nosači naboja nazivani su “termioni”.
Jedno svojstvo teorije termoionske emisije je da se područje emitiranja održava s nabojem suprotnim izvornom, ali jednakim po veličini. To znači da će mjesto nosača naboja prije emisije generirati pozitivan naboj u slučaju elektrona. Međutim, to se može promijeniti pomoću baterije. Emisija se neutralizira kada su nosači dalje od regije, što rezultira bez promjene u izvornom stanju.
Povijesno gledano, primarni primjer termoionske emisije je onaj korišten u Edisonovom efektu. Elektroni se emitiraju iz vruće metalne katode, koja koristi polarizirani električni uređaj kako bi izazvala izlijevanje električne struje u vakuumsku cijev. To omogućuje uređaju da zadrži kontrolu nad kretanjem elektrona i pojača ili modificira električni signal.
Sve što se koristi za hlađenje ili proizvodnju energije koristi koncept teorije termoelektrične emisije. Kako temperatura raste, veličina protoka se povećava. Osim tradicionalne upotrebe vakuumskih cijevi za elektroniku, poluprovodnički uređaji također se mogu koristiti za stvaranje termoelektronskog kretanja elektrona, omogućujući funkcioniranje moderne tehnologije.
Termioniku je prvi izvijestio Frederick Guthrie 1863. On je bio u stanju identificirati promjenu pozitivnog naboja jako zagrijane željezne kugle koja se nije dogodila ako je objekt bio negativno nabijen. Međutim, tek 1880. Thomas Edison je znanost spremno iskoristio. Kada je radio sa svojim žaruljama sa žarnom niti, primijetio je da su određena područja ostala zamračena. To mu je omogućilo da identificira protok elektrona zbog topline, što je rezultiralo stvaranjem diode.
Richardsonov zakon opisuje razlog zašto elektroni mogu teći na ovaj način. Konkretno, metali sadrže dva elektrona u atomskoj strukturi koji se mogu kretati od atoma do atoma. Godine 1928., Sir Owen Willans Richardson, britanski fizičar, otkrio je da su neki elektroni mogli napustiti atom bez povratka. Ovaj proces zahtijeva određenu količinu energije ovisno o metalu. Izraz za ovaj učinak je radna funkcija.