Katoda je elektroda električnog uređaja u kojoj električna struja teče dalje od uređaja. Vruća katoda može biti katoda koja se zagrijava izravno ili neizravno. Katodna nit je izvor elektrona u slučaju izravno zagrijane katode. U slučaju neizravno zagrijane katode, nit je električni izolirana od katode. Vruća katoda emitira više elektrona od hladne katode s istom površinom.
Prve vruće katode koristile su izravno zagrijavanje. Bile su izrađene od čistog volframa i zagrijane do bijele žarnosti. Kasnije su filamenti prekriveni materijalom koji lakše emitira elektrone od volframa, što smanjuje radnu temperaturu vruće katode. Daljnja poboljšanja vrućih katoda koje koriste neizravno zagrijavanje uključuju filamente izrađene od sinteriranog volframa, legura torija i volframa i tantala. Neke vruće katode također su u obliku paraboličkih zrcala.
Vruće katode koje koriste neizravno grijanje imaju prednost pri korištenju izmjenične struje, jer ova konfiguracija proizvodi manje šum od katode koja koristi izravno grijanje. Nit u vrućoj katodi koja koristi neizravno zagrijavanje obično se naziva grijač. Grijač je obično izrađen od volframa i okružen cijevi od nikla.
Oksidni premaz na žarnoj niti vruće katode može smanjiti radnu temperaturu niti. Prvi izbor bio je čisti barijev oksid, a kasnije su formulacije koristile mješavinu barijevog oksida, kalcijevog oksida i stroncijevog oksida. Vruće katode obložene ovim spojevima imaju maksimalnu radnu temperaturu od 1,832 stupnja Fahrenheita (1,000 stupnjeva Celzija). Podložni su brzoj degradaciji u uvjetima visokog napona, a najčešće se koriste u vakuumskim cijevima male snage.
Vruće katode koje moraju podnijeti veliku struju obično imaju prevlake od heksaborida kao što su cerijev heksaborid (CeB6) ili lantan heksaborid (LaB6). Druge vrste heksaborida koji se obično koriste za oblaganje vrućih katoda uključuju barijev heksaborid, kalcijev heksaborid i stroncij heksaborid. Ove vrste vrućih katoda gore jače i imaju duži vijek trajanja od vrućih katoda od volframa, ali su i skuplje.
Filamenti koji sadrže malu količinu torija su još jedna opcija za vruće katode. Filament se zagrijava do bijelog žarenja u atmosferi koja sadrži ugljikovodike, što uzrokuje migraciju torija na površinu filamenta. Torirani filamenti mogu podnijeti visoki napon i imaju dug životni vijek. Primarni nedostatak toriranih filamenata je to što je torij radioaktivan. Alternative toriju u filamentima vruće katode uključuju cerij, lantan, itrij i cirkonij.