La macchina permette di osservare l’andamento rettilineo dei raggi catodici: l’analisi di questi fenomeni ha stimolato molto lo studio dell’atomo. Fu usato nel 1897 da JJ Thomson per analizzare i raggi catodici e scoprire l’elettrone.
L’apparecchio, un tubo di vetro, possiede un catodo fissato tramite un filo metallico al vetro all'estremità del tubo con curvatura maggiore e un anodo disposto verticalmente rispetto all’asse principale del dispositivo e sorretto da un’asta che si trova all’interno di una protuberanza del tubo stesso. Se si applicano differenze di potenziale molto elevate dal catodo vengono emessi fasci di elettroni, detti raggi catodici.