Înainte de a fi înlocuite cu tranzistori și circuite integrate, tuburile de vid (supape termoionice) au fost folosite predominant în dispozitive electronice precum televizoare, radiouri și computere. Ele sunt încă utilizate astăzi în câteva dispozitive specializate.
Invenția tuburilor cu vid datează de la observarea așa-numitului efect Edison, observație făcută de Thomas Edison. Edison a observat că curentul curge între filamentul unei lămpi cu incandescență și o placă în vid, atunci când placa este conectată la capătul pozitiv al filamentului.
Deoarece primele computere funcționau pe tuburi vid în loc de micile cipuri de computer de astăzi, un singur computer trebuia să conțină mii de tuburi vid și putea umple o întreagă cameră. Amplificatoarele stereo timpurii foloseau și tuburi cu vid și, chiar și astăzi, unii audiofili le preferă pentru că produc mai puțină distorsiune. Tuburile cu vid sunt încă folosite în unele amplificatoare de chitară electrică. De asemenea, tuburile sunt încă folosite în unele aplicații militare, deoarece electronica tubului nu este afectată de undele radio produse de exploziile atomice.
Tuburile de vid sunt de obicei închise într-o carcasă de sticlă, deși unele tuburi folosesc în schimb ceramică sau metal. În cel mai elementar design al diodei, tubul sau plicul este sigilat etanș pentru a crea un vid. Electrozii din plic sunt atașați la cabluri, care ies din plic și se conectează la o priză. Un tub de vid de bază conține filamente în interiorul plicului, similare cu cele ale unui bec. Filamentele sunt încălzite și apoi eliberează electroni, creând un nor de electroni încărcat negativ. Electronii sunt atrași de un anod, sau o placă mică de metal, în interiorul tubului, care este încărcat pozitiv și se stabilește un flux unidirecțional între filament și placă.
Un electrod suplimentar sub forma unei mici grile asemănătoare unui ecran este uneori conținut în tub, care se numește apoi triodă, care este mai eficientă și mai capabilă să amplifice tensiunea. Pe măsură ce tensiunea este aplicată rețelei, fluxul dintre filament și placă poate fi variat. Pe lângă diode și triode, au urmat noi inovații, inclusiv tetrode, hexode, heptode și octode, concepute pentru o varietate de aplicații de specialitate și pentru a minimiza distorsiunile. Unele tuburi cu vid combină funcția a două sau mai multe diode sau triode într-o singură unitate.
Unul dintre dezavantajele majore ale tuburilor cu vid este că filamentul devine instabil în timp. În plus, dacă aerul se scurge în tub, oxigenul va reacționa cu filamentul fierbinte și îl va deteriora. Proprietățile unui tub se vor schimba odată cu vârsta, motiv pentru care televizoarele timpurii cu tub vid au trebuit să fie ajustate adesea pentru a produce o imagine bună.