阴极是电子枪的关键部件之一，它决定电子枪的发射能力和寿命。目前世界上用于电子直线加速器上的电子枪，其阴极的形式多种多样，归纳起来可以有两种划分方法：
直热式阴极多半采用纯钨作阴极材料，加热电流直接通过阴极。间热式阴极一般采用敷钍钨、敷氧化物、钪酸盐、六硼化镧阴极，它分为轰击型和加热型两种。
1、轰击型：
其加热方式是通过在热子(灯丝)和阴极之间加上几百乃至上千伏的轰击电压，在此电压下，从热子发射的电子轰击阴极，使阴极加热到一定温度后从其表面发射出大量电子来。
2、加热型：
这种阴极，化合物层固定在薄壁的底托上(镍管或钼管)，底托下面放着耐热绝缘的螺旋钨丝。电流流过灯丝，灯丝烧热阴极，当阴极达到发射电子的温度时，就发射出电子来。
阴极的材料及其工作温度对电子枪的发射能力和寿命有决定作用。阴极必须选用低逸出功的材料。阴极表面原子的外层电子，受到一定的热能或电能的激励后，会越出轨道的束缚而成为自由电子。
热发射式电子枪的灯丝阴极一般是用钨丝制成的，必须靠电流将灯丝加热到一千度以上，灯丝发射电流密度与灯丝温度及灯丝材料的逸出功有关。
以钨丝温度为例，其逸出功为4.55电子伏，在工作温度为2500K时，J=0.5安/厘米2。
灯丝温度对电子的发射强度的影响是很大的。如果采用逸出功更小的阴极材料，在获得同样发射强度的条件下，还可大大降低灯丝温度。为了使阴极寿命尽可能的延长，要求材料有较高的熔点和较小的蒸发率，并且不容易受空气侵蚀而中毒。钨丝的熔点为3655K，在工作温度为2750K时，蒸发率为0.0043毫克/厘米•秒，钨丝的耐侵蚀性较强。氧化物阴极的逸出功更低，例如氧化钡的逸出功只有2.8电子伏，但其耐蚀性差，一般只适宜在10-5-10-6毫米汞柱的高真空下工作，在10-4毫米汞柱时，其发射本领显着下降，在10-3毫米汞柱下工作时，甚至会严重地中毒，不能再继续使用。
场致发射式电子枪要求在阴极表面附近有大于106伏/厘米的强电场，提高阴极表面场强，是增大发射强度的有效途径。
一般来说，电子枪的电流强度总在1毫安以上，脉冲电子流可达安培级，寿命在100小时以上。