La cathode est surmontée d'un cristal d'hexaborure de lanthane (12000 Franc/pièce) se présentant sous la forme d'un filament au bout duquel est fixé un diamant. On peut aussi utiliser un filament de tungstène, beaucoup moins cher mais qui s'use aussi très rapidement.

Le filament est chauffé au niveau de la pointe du diamant par effet Joule, grâce au générateur. Il y a alors une différence de potentiel d'environ 30000 volts entre la cathode et l'anode, et l'émission d'un faisceau d'électrons.

La cathode Wehlnet permet de régler l'intensité du faisceau et d'augmenter considérablement l'émission thermoélectronique produite.

L'intérieur de l'appareil se trouve sous vide ultra poussé, afin d'éviter que le faisceau ne soit dévié par des molécules d'air