阴极是电气设备的电极，电流在其中流离设备。热阴极可以是直接或间接加热的阴极。在直接加热阴极的情况下，阴极灯丝是电子源。在间接加热阴极的情况下，灯丝与阴极电绝缘。具有相同表面积的热阴极比冷阴极发射更多的电子。
第一个热阴极使用直接加热。它们由纯钨制成并加热至白色白炽灯。后来的灯丝被一种比钨更容易发射电子的材料覆盖，从而降低了热阴极的工作温度。对使用间接加热的热阴极的进一步改进包括由烧结钨、钍钨合金和钽制成的灯丝。有些热阴极的形状也像抛物面镜。
传统显像管电视机使用负热阴极来产生图像.使用间接加热的热阴极在使用交流电时具有优势，因为这种配置产生的嗡嗡声比使用直接加热的阴极要少。使用间接加热的热阴极中的灯丝通常称为加热器。加热器通常由钨制成，并由镍制成的管包围。
热阴极灯丝上的氧化物涂层可以减少灯丝的工作温度。最初的选择是纯氧化钡，后来的配方使用了氧化钡、氧化钙和氧化锶的混合物。涂有这些化合物的热阴极的最高工作温度为 1,832 华氏度（1,000 摄氏度）。会迅速降解高压条件下，它们最常用于低功率真空管。
必须处理高电流的热阴极通常具有六硼化物涂层，例如六硼化铈(CeB6) 或六硼化镧 (LaB6)。常用于涂覆热阴极的其他类型的六硼化物包括六硼化钡、六硼化钙和六硼化锶。这些类型的热阴极比钨热阴极燃烧更明亮，寿命更长，但也更昂贵。
含有少量钍的灯丝是热阴极的另一种选择。灯丝在含有碳氢化合物的气氛中被加热至白色白炽，导致钍迁移到灯丝表面。钍丝可以承受高电压并且具有很长的使用寿命。钍丝的主要缺点是钍具有放射性。热阴极灯丝中钍的替代品包括铈、镧、钇ND锆。
