Un tubo de descarga es un objeto que contiene una determinada disposición de electrodos dentro de una cámara de gas. Por lo general, estos objetos se diseñan con protección de vidrio; sin embargo, algunos usan cerámica o metal revestido de vidrio. Operan aplicando voltaje para iniciar el movimiento de partículas a través de los conductores eléctricos. Esto provoca la ionización del gas dentro del tubo de descarga. El resultado final es la iluminación del tubo de descarga de gas.
Los tubos de descarga son celdas electroquímicas, lo que significa que generan fuerza electromotriz o voltaje, así como corriente a partir de la reacción química en el gas. Los electrones se liberan y aceptan en cada extremo del tubo, como una batería. Sin embargo, una descarga se diferencia de una batería en que generalmente no actúa como una fuente de energía. Cuando los electrones abandonan la celda del gas, se conoce como oxidación. Sin embargo, cuando los electrones ingresan a la celda, se conoce como reducción.
Los tubos de descarga de gas se consideran cátodos en oposición a ánodos, en términos de celdas electroquímicas. Esto significa que la corriente eléctrica sale del electrodo. La polaridad puede ser positiva o negativa según el diseño o la función, sin embargo, la mayoría son generalmente negativas. El cátodo atrae cationes, iones con más protones que electrones y, por lo tanto, cargados positivamente. A la inversa, los aniones, iones con más electrones que protones y cargados negativamente, se alejan. Esencialmente, cualquier tubo de descarga que produce energía es positivo y cualquiera que consume energía es negativo.
Un tubo de descarga de vacío se conoce como cátodo caliente. Este emite electrones provocados por la emisión termoiónica, el flujo de electrones o iones provocados por el calor. Básicamente, un cátodo caliente utiliza un filamento eléctrico para emitir los electrones. Los ejemplos incluyen pistolas de electrones, un microscopio electrónico y la mayoría de las lámparas fluorescentes. Los cátodos fríos, por otro lado, son tubos de descarga que no se calientan de forma independiente, pero que aún pueden emitir luz, como pantallas de cristal líquido en televisores y pantallas de computadora.
Uno de los usos más frecuentes de un tubo de descarga de gas es actuar como interruptor eléctrico. Ignitron, krytron y thyratron son los ejemplos más comunes de gases utilizados en esta tecnología. Por lo general, estos no se utilizan para amplificar señales, como lo haría un tubo de vacío normal, sino que están diseñados para interrumpir y desviar una corriente a un conductor u otro.
Debido a los efectos ionizantes de los tubos de descarga, uno de los usos más comunes para ellos es el de las luces de neón. Otros dispositivos similares usan xenón en forma de lámparas de flash que se ven en cámaras y luces estroboscópicas. Otro uso común del tubo de descarga es el contador Geiger.