Κάθοδος είναι το ηλεκτρόδιο μιας ηλεκτρικής συσκευής στην οποία το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μακριά από τη συσκευή. Μια ζεστή κάθοδος μπορεί να είναι μια κάθοδος που θερμαίνεται άμεσα ή έμμεσα. Το νήμα της καθόδου είναι η πηγή των ηλεκτρονίων στην περίπτωση μιας άμεσα θερμαινόμενης καθόδου. Το νήμα είναι ηλεκτρικά μονωμένο από την κάθοδο στην περίπτωση μιας έμμεσα θερμαινόμενης καθόδου. Μια θερμή κάθοδος εκπέμπει περισσότερα ηλεκτρόνια από μια ψυχρή κάθοδος με την ίδια επιφάνεια.
Οι πρώτες θερμές κάθοδοι χρησιμοποιούσαν άμεση θέρμανση. Κατασκευάστηκαν από καθαρό βολφράμιο και θερμάνθηκαν σε λευκή πυράκτωση. Αργότερα νήματα καλύφθηκαν με ένα υλικό που εκπέμπει ηλεκτρόνια πιο εύκολα από το βολφράμιο, το οποίο μειώνει τη θερμοκρασία λειτουργίας μιας καυτής καθόδου. Περαιτέρω βελτιώσεις στις θερμές καθόδους που χρησιμοποιούν έμμεση θέρμανση περιλαμβάνουν νήματα κατασκευασμένα από πυροσυσσωματωμένο βολφράμιο, κράματα θορίου-βολφραμίου και ταντάλιο. Ορισμένες θερμές κάθοδοι έχουν επίσης σχήμα παραβολικών καθρεφτών.
Οι θερμές κάθοδοι που χρησιμοποιούν έμμεση θέρμανση έχουν ένα πλεονέκτημα όταν χρησιμοποιούν εναλλασσόμενο ρεύμα, επειδή αυτή η διαμόρφωση παράγει λιγότερο βουητό από μια κάθοδο που χρησιμοποιεί άμεση θέρμανση. Το νήμα σε μια καυτή κάθοδο που χρησιμοποιεί έμμεση θέρμανση ονομάζεται συνήθως θερμαντήρας. Η θερμάστρα είναι συνήθως κατασκευασμένη από βολφράμιο και περιβάλλεται από ένα σωλήνα από νικέλιο.
Μια επίστρωση οξειδίου στο νήμα μιας θερμής καθόδου μπορεί να μειώσει τη θερμοκρασία λειτουργίας του νήματος. Η πρώτη επιλογή ήταν το καθαρό οξείδιο του βαρίου και οι μεταγενέστερες συνθέσεις χρησιμοποιούσαν ένα μείγμα οξειδίου του βαρίου, οξειδίου του ασβεστίου και οξειδίου του στροντίου. Οι θερμές κάθοδοι επικαλυμμένες με αυτές τις ενώσεις έχουν μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας 1,832 βαθμούς Φαρενάιτ (1,000 βαθμούς Κελσίου). Υπόκεινται σε ταχεία υποβάθμιση σε συνθήκες υψηλής τάσης και χρησιμοποιούνται συχνότερα σε σωλήνες κενού χαμηλής ισχύος.
Οι θερμές κάθοδοι που πρέπει να χειρίζονται υψηλό ρεύμα έχουν συνήθως επιστρώσεις εξαβοριδίων όπως εξαβορίδιο δημητρίου (CeB6) ή εξαβορίδιο του λανθανίου (LaB6). Άλλοι τύποι εξαβοριδίων που χρησιμοποιούνται συνήθως για την επίστρωση θερμών καθόδων περιλαμβάνουν το εξαβορίδιο του βαρίου, το εξαβορίδιο του ασβεστίου και το εξαβορίδιο του στροντίου. Αυτοί οι τύποι θερμών καθόδων καίγονται πιο έντονα και έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τις θερμές καθόδους βολφραμίου, αλλά είναι επίσης πιο ακριβές.
Τα νήματα που περιέχουν μικρή ποσότητα θορίου είναι μια άλλη επιλογή για θερμές καθόδους. Το νήμα θερμαίνεται σε λευκή πυράκτωση σε μια ατμόσφαιρα που περιέχει υδρογονάνθρακες, γεγονός που προκαλεί το θόριο να μεταναστεύσει στην επιφάνεια του νήματος. Τα Thoriated νημάτια μπορούν να διαχειριστούν υψηλή τάση και έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής. Το κύριο μειονέκτημα των θοριωμένων νημάτων είναι ότι το θόριο είναι ραδιενεργό. Εναλλακτικές λύσεις για το θόριο σε νημάτια θερμής καθόδου περιλαμβάνουν το δημήτριο, το λανθάνιο, το ύττριο και το ζιρκόνιο.