電子從燈絲被發射到最后進入柵極前,電子在柵極周圍前后運動數次。在移動的這段期間里,有一些電子和氣體分子發生碰撞而產生一對電子(電子游離)和離子。這些離子的數目正比于氣體分子密度乘上絲極射出的電子電流及離子跑到集極形成的離子電流。利用氣體分子密度正比于壓力的關系,就可借由離子電流大小去估算壓力。
熱離子真空計的低壓極限受制于光電效應。當電子撞到柵極時會產生讓集極產生光電流噪聲的X射線。這個限制在舊式的熱離子真空計為 torr,在Bayard-Alpert gauge為 torr。