La cathode est le pôle négatif du tube.
Elle est constituée d’un filament émetteur d’électrons (spire de 0,2 mm de diamètre, torsadée en une spirale de 0,2 cm de diamètre et de moins de 1 cm de hauteur)
Le filament est constitué de Tungstène (Z 74) Sa température de fusion élevée (3350°C) permet une bonne résistance à l’émission thermo-ionique qui peut atteindre 2300°C.

L’émission thermo-ionique se déroule de la façon suivante:

 Les atomes de tungstène absorbent l’énergie thermique apportée par le chauffage du filament.

                                                                                  I = 3 à 5 A         (1 A = flux d’électrons qui transporte 1 C.s^-1
                                                                                                               1 Coulomb (C) = 6,25.10¹⁸ électrons)
                                                                                V = 10 V

 Quelques électrons acquièrent suffisament d’énergie pour quitter les atomes, et s’éloignent de la surface du  métal.

Le nombre de rayons X produits dépend totalement du nombre d’électrons qui vont de la cathode à l’anode, qui dépend lui-même du nombre d’électrons produits à la cathode.