構造が単純なので、絶縁破壊などによる不可逆的な損傷が少ない。
電荷の担い手が自由空間中の電子であるため、半導体に比べ担い手の移動度が高い。
高い耐圧を持つ。⇒軍事面では電磁パルス攻撃に強い。また、民生用においても1990年代初頭まで、ラジオの送信機（特に親局）には真空管方式が安定した性能を理由に多く使われていた。固体化（半導体化）した機材に更新しようとしたら上役の説得に難儀した会社があったほど。

用途

現在では、これらの用途は殆ど半導体に取って代わられている。

動作

構造

陰極となるフィラメントの周りにアノード(陽極、形状からプレートともよばれる)と呼ばれる電極が配置されている。

動作

フィラメント(カソード、陰極)から放出された電子はアノードにかかる電圧がカソードに対してプラス(正)寄りかマイナス(負)寄りかで挙動が変わる。

アノードがプラスの電圧の時はカソードから放出された電子はアノードのプラスの電荷に引き寄せられ電流が流れる。逆にマイナスの電圧の時はマイナスの電荷に押し戻され電流は流れない。

このため、一方方向の電流のみ流す(整流)ことができる。

同じ動作の半導体

ダイオードが同じ動作をする。ダイオードの名前の由来は二極管が電極が２つの真空管だったため、「２」を意味する"Di"と「～管」の"ode"からDiode(ダイオード)という名前であり、それと同じ動作をするため、「半導体ダイオード」→「ダイオード」となった。

構造

二極管のカソード～アノード間に「グリッド」という、その名のとおり網状の電極がある。四極管や五極管はアノードから反射した電子による影響を避けるためにカソードやアース(接地極)に接続して動作の安定を図る第二、第三のグリッドが追加されている。

動作

カソードから放出された電子はアノードへ向かって移動するが、途中にあるグリッドに電圧をかけることによってカソードへ向かう電子の流れを加速したり抑制したりする。これにより、アノードへ到達する電子の量が変化するので増幅ができる。

同じ動作の半導体

電界効果トランジスタが電圧で電流を変化させるため、同じ動作をする。ちなみにバイポーラトランジスタは電流の変化で電流を変化させる素子。

フィラメントそのものがカソードの直熱式とフィラメントでカソードを加熱する傍熱式とある。