借助電子在真空或氣體中與電磁場發生相互作用，將一種形式電磁能量轉換為另一種形式電磁能量的器件。以真空和氣體中粒子受激輻射為工作機理的器件，既屬真空電子器件也屬量子電子器件。真空電子器件具有真空密封管殼和若幹電極，管殼內部抽成真空，殘餘氣體壓強為10−4～10−8帕或更低。有些真空電子器件，在抽出管殼內氣體後，再充進所需成分和壓強的氣體。
真空電子器件主要有下列品種：
靜電控制電子管 借助改變管內電極上的電位，使各電極間的電場發生變化，從而控制管內電子的運動。靜電控制電子管的功能，是實現直流電能和電磁振蕩能量之間的轉換。按照電子管內電極數目來分類，可分為二極管、三極管、四極管、五極管、六極管、七極管和八極管等類。有些電子管內包含兩部分或更多的部分，成為復合管，如雙二極管、二極管–三極管、三極管–五極管，以及近期發展起來專供高清晰度數字電視使用的雙端四極管等。按用途可分為收信管和發射管。主要用於無線電廣播、電視廣播、無線電通信、雷達、工業加熱和粒子加速器等。
微波電子管 工作於微波波段的真空電子器件。微波電子管用來把直流能量轉換成頻率為300兆赫到3 000吉赫的電磁振蕩能量，包括微波三極管與微波四極管、磁控管、正交場放大管、M型返波管、直射速調管、反射速調管、行波管和O型返波管等。還有把兩種工作原理結合在一起的微波器件，如行波速調管、感應輸出四極管（又稱速調四極管）。通常將微波氣體放電管也歸微波電子管一類。微波電子管主要用於雷達、電視、微波通信、導航、電子對抗、遙控遙測、工業加熱及粒子加速器等。見微波電子管。
新型微波及毫米波器件 從20世紀70年代中後期開始，發展瞭一批新型微波及毫米波器件。器件能在比微波頻率更高的毫米波及亞毫米波段工作，有些器件具有很高的平均或脈沖輸出功率。較為成熟的有毫米波段的回旋管系列，如回旋振蕩管、回旋速調管及回旋行波管等；具有超高功率輸出的器件，如虛陰極振蕩器，相對論速調管和相對論磁控管等。自由電子激光往往也被看作是真空器件一種類型，隻是它的工作頻率可更高，達到光波波段。與它工作原理相似的微波與毫米波器件有尤畢管、奧羅管。到現在為止，這一發展勢頭方興未艾。
電子束器件 在電子束器件中，通過形成和控制弱流電子束來實現多種信號轉換功能，特別是電信號與光信號之間的轉換。顯示管和顯像管用來實現電信號到光學圖像的轉換。攝像管用來將光學圖像轉換為電信號。儲存管用來將電信號儲存起來。各類電子束器件廣泛應用於測量儀表、雷達、電視攝影與顯像、電視傳真、計算機終端顯示、醫學等領域。見電子束管、攝像管、顯像管。
光電器件 利用光電子發射現象，把光信號變成電信號（光電管與光電倍增管），或者將不可見輻射的圖像變成可見光圖像（變像管）以及將微弱可見光圖像的亮度增強（像增強管）。主要應用於自動控制、有聲電影、天文研究、核物理、傳真通信、激光探測、空間研究、夜視儀器等。見光電管、光電倍增管。
真空指示管 用來把電信號變成數字、字符等光信號顯示出來，包括熒光數碼管、電光指示管等。用於測試儀表、信息顯示設備、接收設備顯示器等。
充氣管 基於氣體放電原理的真空電子器件。制造時先將管殼內抽成真空、再充入一定量的、特定成分的氣體。可分為整流管、閘流管、穩壓管、計數管、字碼管、等離子體顯示器件等。充氣管廣泛應用於雷達、通信、自動控制、輻射測量、顯示、電視接收機、工業交通等領域。見充氣管。
X射線管 用於產生X射線的電子管。它的功能是將直流電能變成X射線能量。用於醫學診斷、治療，零件無損檢驗，物質結構分析、光譜分析。在生物學上用於確定復雜分子結構。見X射線管。
真空量子電子器件 以真空為其工作條件的量子電子器件。在這類器件中，受激粒子在與電磁波相互作用時，產生受激輻射，將電磁波加以放大。主要包括自由電子微波激射器、分子微波激射器、氣體激光器、量子頻率標準器件。
真空微電子器件 20世紀90年代後期出現瞭把固態器件中集成線路技術應用到真空器件上的新發展。大面積集成尖錐型場致發射陰極，發射出電子在真空中與電磁場作用。它可制成類似計算機應用的固態芯片。由於電子在真空中運動和被控制，因此它的速度更快，並且比固態芯片更能承受環境溫度變化和輻射傷害。也可集成質量極高的平面顯示器，或利用其高發射密度制造高性能微波管。
與固態器件的關系 小功率靜電控制電子管由於受到固態器件的競爭，自20世紀60年代以來生產數量銳減。收信管已基本被淘汰。低頻率、小功率微波電子管的生產，也呈下降趨勢。但同固態器件相比，真空電子器件具有功率容量大以及高效率的顯著特點。高頻率、大功率領域仍將是真空電子器件的陣地。各類電子束器件和光電器件，雖面臨固態器件的競爭，但仍被廣泛使用，不少品種還有發展。真空電子器件與固態器件互相滲透，產生瞭一些新型電子器件，如電子束半導體器件。