Emisja termionowa, zwana również termiczną emisją elektronów, to proces, w którym nośniki ładunku, takie jak elektrony lub jony, poruszają się po powierzchni lub pewnego rodzaju barierze energetycznej poprzez indukcję ciepła. Nośniki ładunków w naturalny sposób ograniczają aktywność; jednak w emisji termojonowej do nośników wprowadzana jest energia cieplna, powodująca przezwyciężenie tych sił. Powodem zdolności nośników ładunku do wykonywania tego działania jest to, że elektrony i jony są ruchome i niezwiązane z normalnymi łańcuchami struktury atomowej, które wpływają na inne cząstki. Tradycyjnie te nośniki ładunku nazywano „termionami”.
Jedną z właściwości teorii emisji termoelektrycznej jest to, że region emitujący jest podtrzymywany z ładunkiem przeciwnym do pierwotnego, ale równym pod względem wielkości. Oznacza to, że położenie nośnika ładunku przed emisją wygeneruje ładunek dodatni w przypadku elektronów. Można to jednak zmienić za pomocą baterii. Emisja jest neutralizowana, gdy przewoźnicy znajdują się dalej od regionu, co nie powoduje zmiany stanu pierwotnego.
Historycznie, pierwotnym przykładem emisji termojonowej jest ta stosowana w efekcie Edisona. Elektrony są emitowane z gorącej metalowej katody, która wykorzystuje spolaryzowane urządzenie elektryczne, aby spowodować przepływ prądu elektrycznego do lampy próżniowej. Pozwala to urządzeniu zachować kontrolę nad ruchem elektronów i wzmacniać lub modyfikować sygnał elektryczny.
Wszystko, co jest używane do chłodzenia lub generowania energii, wykorzystuje koncepcję teorii emisji termoelektrycznej. Wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się wielkość przepływu. Oprócz tradycyjnego zastosowania lamp próżniowych w elektronice, urządzenia półprzewodnikowe mogą być również wykorzystywane do tworzenia ruchu termionowego elektronów, umożliwiając funkcjonowanie nowoczesnej technologii.
Termionika została po raz pierwszy opisana przez Fredericka Guthrie w 1863 roku. Był w stanie zidentyfikować zmianę ładunku dodatniego silnie nagrzanej żelaznej kuli, która nie wystąpiła, jeśli obiekt był naładowany ujemnie. Jednak dopiero w 1880 roku Thomas Edison chętnie wykorzystał tę naukę. Podczas pracy z żarówkami zauważył, że niektóre obszary pozostają zaciemnione. To pozwoliło mu zidentyfikować przepływ elektronów pod wpływem ciepła, w wyniku czego powstała dioda.
Prawo Richardsona opisuje powód, dla którego elektrony mogą płynąć w ten sposób. W szczególności metale zawierają dwa elektrony w strukturze atomowej, które mogą przemieszczać się z atomu na atom. W 1928 r. Sir Owen Willans Richardson, brytyjski fizyk, odkrył, że niektóre elektrony mogą opuścić atom bez powrotu. Proces ten wymaga pewnej ilości energii w zależności od metalu. Terminem na ten efekt jest funkcja pracy.