پرتوهای کاتدی (که پرتو الکترونی نیز نامیده می شود) جریانی از الکترون‌هاست که در لوله‌های خلاء دیده می‌شود. اگر بین دو الکترود که در یک لوله‌ی شیشه‌ای خلاء قرار دارند ولتاژ اعمال شود، شیشه‌ای که در مقابل الکترود منفی است به دلیل برخورد الکترون‌های خروجی از کاتد خواهد درخشید. الکترون‌ها اولین بار به عنوان اجزای تشکیل دهنده‌ی پرتوی کاتدی کشف شدند. در تلویزیون‌های کلاسیک تصویر توسط پرتوهای الکترونی متمرکزی که در نتیجه‌ی میدان‌های الکتریکی لوله‌ی پرتو کاتدی (CRTs) منحرف شده‌اند، ایجاد می‌شود.
برای آزاد کردن الکترون‌ها در لوله، باید ابتدا از اتم‌های کاتد جدا شوند. لوله‌های الکتریکی خلاء اولیه که لوله‌ی کروکس نامیده می‌شدند، از پتانسیل الکتریکی بالای بین آند و کاتد برای یونیزاسیون گاز باقی مانده در لوله استفاده می‌کردند. میدان الکتریکی به یون‌ها شتاب می‌داد و در اثر برخورد یون‌ها با کاتد الکترون‌ها آزاد می‌شدند.
لوله‌های خلاء مدرن از انتشار امواج گرمایی استفاده می‌کنند که در آن کاتد از سیمی نازک ساخته شده است که توسط جریان الکتریکی مجزایی که از آن عبور می‌کند گرم می‌شود. افزایش رندوم حرکت گرمایی اتم‌های کاتد، الکترون‌ها از آن به درون فضای خلاء لوله پرتاب می‌کند. از آنجایی که الکترون‌ها دارای بار منفی هستند، توسط کاتد دفع و به سوی آند جذب می‌شوند. الکترون‌ها روی خطوط مستقیم حرکت می‌کنند و ولتاژ اعمال شده بین الکترودها شتاب این ذرات بسیار سبک را افزایش می‌دهد.
وجود این پرتوها اولین بار زمانی کشف شد که به شیشه‌ی انتهای لوله برخورد کرده و اتم‌های برانگیخته شده از خود نور فلوئورسانس ساطع کردند. محققان با قرار دادن اجسامی در مقابل کاتد مشاهده کردند که سایه‌ای روی دیوار فلوئورسانس تشکیل می‌شود بنابراین باید چیزی بین کاتد و آند در حال حرکت باشد.
تاریخچه‌ی پرتوی کاتدی
در دهه‌ی ۱۸۷۰، فیزیکدان بریتانیایی ویلیام کروکس و دیگران توانستند فشار درون لوله را تا ۱۰-۶ اتمسفر کاهش دهندکه لوله‌ی کروکس نامیده شد. فارادی اولین کسی بود که متوجه فضای تاریک مقابل کاتد شد، جایی که در آن هیچ تابندگی وجود نداشت. این فضا، فضای تاریک کاتد یا فارادی یا کروکس نامیده می‌شود.
کروکس متوجه شد که هر چه هوای بیشتری را از لوله خارج می‌کند، فضای تاریک از کاتد به سمت آند گسترش می‌یابد تا جایی که لوله کاملاً تاریک شود. اما در پایانه‌ی آند (مثبت) لوله، شیشه شروع به درخشش می‌کند. هر چه هوا کمتر شود احتمال برخورد الکترون با اتم‌های گاز کمتر می‌شود در نتیجه الکترون مسافت بیشتری را طی می‌کند.
