Lo strumento era un tubo catodico (tubo a vuoto molto spinto) con l'anodo, l'elettrodo positivo, dalla classica forma a croce di Malta. Dispositivi di questo tipo ebbero un ruolo di primo piano nella scoperta dell'unità di carica negativa, l'elettrone.
I tubi catodici sono evoluzione dei dispositivi (Ovi elettrici e Tubi di Geissler) ideati per studiare la scarica elettrica nell'aria rarefatta (o in altri gas sempre a bassa pressione) e del progresso nella tecnica del vuoto, che intorno al 1879 permetteva di raggiungere il milionesimo di atmosfera.
Collegati gli elettrodi del tubo a un generatore d'alte differenze di potenziale (Rocchetti di Ruhmkorff), sul suo fondo appariva l'ombra della croce, come se il catodo fosse una debole sorgente luminosa. Nel 1879 gli strani raggi di natura incerta che avevano per sorgente il catodo vennero chiamati da Eugen Goldstein (1850-1930) raggi catodici. Più tardi si scoprì che i raggi catodici altro non erano che elettroni liberati dal catodo dagli urti degli ioni del gas residuo presente nel tubo.