由高温阴极灯丝发射电子，经电场加速后在气体中与分子碰撞时引起分子电离形成离子流并被收集，该离子流在一定压力范围内与气体的压力呈正比关系，

热阴极电离真空计由测量规管和电气测量电路（真空计控制单元和指示单元）组成。测量规管有3个电极（见图）：阴极（灯丝）、阳极（又称栅极、电子加速极）和离子收集极。测量时，规管与被测真空系统相连。通电后，热阴极发射电子，在飞向带正电位的加速极的路程中与管内空间的低压气体分子碰撞，使气体分子电离。电离所产生的电子和离子，分别在加速极和收集极（带负电位）上形成电子流I_e和离子流I_i。被测气体压力低于10^-1帕的状况下，当电子流I_e恒定时，离子流I_i与被测真空系统中的气体分子密度（亦即压力p）成正比。因此，离子流的大小就可作为压力的度量。

DL-2型电离计规管的结构

按线性压力范围不同热阴极电离真空计可分为3种类型：普通型热阴极电离真空计、高压力热阴极电离真空计和超高真空热阴极电离真空计。普通型热阴极电离真空计的压力测量范围为1×10^-1～10^-5帕。离子流与压力的关系在高压力下偏离线性而趋于饱和，通过电极结构、电极间电位分布以及发射电流的大小等的优化扩展压力测量上限而制成高压力热阴极电离真空计，压力测量范围为100～10^-3帕。由于软X射线光电流等本底电流的存在，限制了普通型热阴极电离真空计的测量下限，通过结构改进，增加抑制极、调制极等措施发展了超高真空热阴极电离真空计，压力测量范围为1×10^-1～10^-8帕，有的下限可到10^-10帕。

由于高温阴极的存在，热阴极电离真空计在高压下不能工作甚至被烧毁，还存在规管放气、化学清除作用等有害现象。