Ένας πολλαπλασιαστής ηλεκτρονίων είναι μια συσκευή που αυξάνει τον ρυθμό εκπομπής ηλεκτρονίων ενός ρεύματος ηλεκτρονίων. Βομβαρδίζει ένα εκπεμπόμενο υλικό με ένα ρεύμα ηλεκτρονίων, προκαλώντας το υλικό να εκπέμπει ηλεκτρόνια. Κάθε ηλεκτρόνιο που χτυπά το εκπεμπόμενο υλικό μπορεί να το αναγκάσει να εκπέμπει έως και τρία ηλεκτρόνια, πολλαπλασιάζοντας έτσι τον ρυθμό εκπομπής του ρεύματος ηλεκτρονίων.
Το εκπεμπόμενο υλικό είναι συνήθως μια μεταλλική πλάκα και ένας πολλαπλασιαστής ηλεκτρονίων συνήθως περιέχει μια σειρά από αυτές τις πλάκες. Η εφαρμογή διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ διαδοχικών πλακών θα προκαλέσει τα εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια από την πρώτη πλάκα να μεταπηδήσουν στη δεύτερη πλάκα, γεγονός που προκαλεί την εκπομπή περισσότερων ηλεκτρονίων από τη δεύτερη πλάκα. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται σε ολόκληρη τη σειρά των πλακών, με αποτέλεσμα την εκπομπή πολλών περισσότερων ηλεκτρονίων από ό,τι στο αρχικό ρεύμα ηλεκτρονίων. Στη συνέχεια, μια άνοδος συλλέγει τα ηλεκτρόνια που παράγονται από τον πολλαπλασιαστή ηλεκτρονίων.
Η διαδοχική επίδραση των ηλεκτρονίων απαιτεί τα ηλεκτρόνια να χτυπούν το εκπεμπόμενο υλικό με αρκετή ενέργεια για να προκληθεί δευτερογενής εκπομπή. Αυτή η απαίτηση επιτρέπει σε έναν πολλαπλασιαστή ηλεκτρονίων να λειτουργεί ως ανιχνευτής ιόντων. Ένα ρεύμα φωτονίων μπορεί επίσης να προκαλέσει την εκπομπή φωτονίων, όπως στην περίπτωση ενός σωλήνα φωτοπολλαπλασιαστή. Αυτή η συσκευή διαχωρίζει κάθε επιφάνεια εκπομπής με μια σειρά από ανόδους γνωστές ως δύνοδες. Μια σειρά αντιστάσεων διαχωρίζει τις δυνόδιες μεταξύ τους, έτσι ώστε το ηλεκτρικό δυναμικό μεταξύ των διαδοχικών δυνόδων να είναι συνήθως +100 βολτ έως +200 βολτ.
Αυτή η δομή απαιτεί το υλικό του ηλεκτροδίου να έχει υψηλή ηλεκτρική αντίσταση για τη συγχώνευση της λειτουργίας διαίρεσης τάσης με τη λειτουργία δευτερεύουσας εκπομπής. Ένας πολλαπλασιαστής ηλεκτρονίων έχει συνήθως το σχήμα χοάνης και είναι κατασκευασμένος από γυαλί. Η γυάλινη χοάνη έχει μια λεπτή επίστρωση κάποιας ουσίας με περιορισμένη ικανότητα να μεταφέρει ηλεκτρισμό, γνωστή ως ημιαγωγός.
Ο πολλαπλασιαστής ηλεκτρονίων λαμβάνει υψηλή αρνητική τάση στο ευρύ άκρο της χοάνης και χαμηλή θετική τάση στο στενό άκρο της χοάνης. Αυτή η διαμόρφωση των τάσεων αναγκάζει τη χοάνη να εκπέμπει ηλεκτρόνια από την επιφάνειά της, τα οποία στη συνέχεια μετακινούνται από το φαρδύ άκρο στο στενό άκρο της χοάνης. Τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν σε μικρή απόσταση πριν χτυπήσουν την επιφάνεια της χοάνης, προκαλώντας την εκπομπή περισσότερων ηλεκτρονίων.
Μια άνοδος στο στενό άκρο της χοάνης συλλέγει τα ηλεκτρόνια. Αυτή η διάταξη είναι γνωστή συγκεκριμένα ως πολλαπλασιαστής ηλεκτρονίων μονού καναλιού. Μια πλάκα μικροκαναλιού είναι ένας πιο πολύπλοκος τύπος πολλαπλασιαστή ηλεκτρονίων που χρησιμοποιεί μια δισδιάστατη διάταξη πολλαπλασιαστών ηλεκτρονίων μονού καναλιού.