Vakuuma diodes elektrodi - anods un katods - atrodas stikla balonā, no kura izsūknēts gaiss. To patentēja angļu zinātnieks Flemings

Agrāk lietoja arī metāliskus balonus, kuros iekausēja stikla vai keramikas gabaliņus elektrodu izvadiem. Stikla balonos izvadi tiek iekausēti tieši balonā. Anodam ir viens izvads un cilindriska vai paralēlu plāksnīšu forma (jaudīgām diodēm anodiem ir papildus radiatori siltuma novadīšanai). Katodi iedalās tiešas kvēles katodos (ar diviem izvadiem) un netiešās kvēles katodos (tiem ir divi kvēldiega izvadi un viens paša katoda izvads).

Tās darbības princips ir vienkārš Termoelektronu emisijas rezultātā no sakarsētā katoda atraujas brīvi elektroni. Tā kā visiem elektroniem ir vienāds negatīvs lādiņš, tie savstarpēji atgrūžas un veido elektronu mākoni ap katodu. Noteiktā temperatūrā ap katodu rodas noteikta izmēra elektronu mākonis, no kura uz katodu krīt tikpat daudz elektronu, cik no katoda izlido. Ja katodam pievieno sprieguma avota negatīvo polu, bet anodam - pozitīvo, elektroni sāk pārvietoties no katoda uz anodu un vakuumā sāk plūst elektriskā strāva. Turpretī, ja sprieguma avotu pievieno otrādi, anodam ir negatīvs potenciāls, elektroni no tā atgrūžas un strāva (sproststrāva) neplūst.