Tia âm cực là dòng electron "plasma" di chuyển trong các ống chân không. Nếu một ống kính chân không được trang bị với hai điện cực và dưới một mức điện áp nhất định, tia âm cực di chuyển từ cực âm sang cực dương, do các hạt electron phát ra từ và đi vuông góc với cực âm (điện cực kết nối với cực âm của thiết bị cấp điện áp). Trên đường đi của tia âm cực nếu đặt một chong chóng nhẹ thì chong chóng quay, chứng tỏ tia âm cực là chùm hạt vật chất có khối lượng và chuyển động với vận tốc rất lớn. Khi cho tia âm cực đi vào giữa hai bản điện cực mang điện tích trái dấu, tia âm cực lệch về phía cực dương, chứng tỏ tia âm cực là chùm hạt mang điện tích âm. Tia âm cực được nhà vật lý Đức Johann Hittorf quan sát thấy lần đầu vào năm 1869, và được đặt tên vào năm 1876 bởi Eugen Goldstein kathodenstrahlen, hay tia âm cực.Electron lần đầu tiên được phát hiện là các thành phần của tia âm cực. Năm 1897 nhà vật lý người Anh J.J. Thomson đã chỉ ra rằng các tia này được tạo ra bởi một loại hạt mang điện tích âm trước đó chưa được biết trước đó, sau này được đặt tên là electron. Các ống tia âm cực (CRT) sử dụng chùm electron tập trung bị lệch bởi điện trường hoặc từ trường để tạo ra hình ảnh trên màn hình tivi.