研究真空電子器件、儀器的理論、設計和應用的物理學分支學科。1883年，T.A.愛迪生在真空電燈泡中引入一個金屬電極，發現瞭熱電子發射現象。1897年，J.J.湯姆孫進行瞭用電場和磁場來偏轉負離子的實驗，測出瞭電子的荷質比值。1909年，R.A.密立根用油滴實驗測定瞭電子電荷。1904年，J.A.弗萊明制出瞭真空熱陰極二極體，發現瞭整流和檢波作用。1906年，L.德福雷雷斯特發明瞭真空三極管，即在二極管中增加一個控制柵極（見圖），可極大地放大電信號。從三極管起，相繼出現瞭多種器件，如靜電控制電子管，充氣管，真空開關器件，各種微波管（含毫米波、亞毫米波器件）和自由電子激光器，氣體激光器，攝像、顯示、光電器件，X射線管等。同時也發展瞭多種真空電子儀器和設備，如分辨率極高的電子顯微鏡，離子探針，俄歇能譜儀，質譜儀，各種荷電粒子加速器，電子束、離子束和等離子體加工設備，以及真空微電子技術等。陣列場發射陰極能夠提供很高的電流密度，出現瞭很多相關的微波器件、場發射平板顯示器、傳感器等品種。在現代文明中，真空電子器件和真空電子儀器、設備的應用范圍仍然極其廣泛。
真空熱陰極三極管示意圖