Układ formujący wiązkę elektronową złożony jest z tennokatody tlenkowej K, siatki sterującej S, oraz dwóch cylindrycznych anod (A, i A-,) tworzących tzw. soczewkę elektronową”. Pole elektryczne utworzone przez zespól attod pod wpływem wysokiego napięcia (rzędu kilku tysięcy woltów) powoduje silne przyspieszanie elektronów z jednoczesnym ogniskowaniem wiązki tta ekrartie. Do siatki stenrjącej doprowadza się potencjał ujemny względem katody. Regulowane napięcie siatki umożliwia zmianę ilości elektronów przedostających się w kierunku anod i tym samym wpływa na obserwowaną jasność plamki Regulacja potencjału ar rody .4, umożliwia zmianę ogniskowania wiązki elektronów. Służy więc do regulacji ostrości plamki.
Wiązka elektronów przebiega między dwoma parami płaskich elektrod, zwanymi płytkami odchylającymi. Pole elektryczne przyłożone do płytek powoduje odchylenie wiązki elektronów. Płytki ustawione pionowo (płytki X) umożliwiają odchylanie plamki w kierunku poziomym Płytki „Y” (ustawione poziomo) umożliwiają odchylanie planiki w pionie.
Energia kinetyczna elektronów uderzających o ekran zużywana jest częściowo na pobudzenie luminoforu do świecenia, a częściowo na wybicie elektronów z jego powierzchni, prowadząc do emisji wtórnej Elektrony emisji wtórnej docierają go grafitowej powłoki G połączonej z anodą .4,, zamykając w ten sposób obwód elektryczny.
Obraz na ekranie uzyskuje się w wyniku równoczesnego odchylania stnunienia elektronów w pionie (płytki Y) napięciem proporcjonalnym do badanego sygnału i w poziomie (płytki X), napięciem liniowo narastającym (inaczej piloksztaltnym) z wewnętrznego generatora podstawy czasu. Napięcie piloksztaltne przesuwa po ekranie, w kierunku poziomym, z jednostajną prędkością plamkę tworząc liniową skalę czasu (oś czasu). Aby obraz na ekranie pozostał nieruchomy, częstotliwość i faza napięcia piloksztaltnego musi być powtarzana z taką samą częstotliwością i fazą (lub z jego całkowitą wielokrotnością ) jaką posiada napięcie badane - praktycznie zapewniają to wewnętrzne układy synchronizacji
i wyzwalania.
W oscyloskopach najczęściej korzysta się z lamp obrazowych jednostrumieniowych, rzadziej dwustnimieniowych. Lampa jednostrumieniowa umożliwia jednoczesną obserwację dwóch przebiegów, pod warunkiem, że oscyloskop posiada elektroniczny przełącznik kanałów, który przemiennie podaje do płytek odchylania pionorvego sygnał to z jednego, to z drugiego wejścia Najbardziej popularny jest układ przełącznika dwukanałowego, rzadziej stosowany jest układ czterokanalowy. Przełącznik elektroniczny umożliwia dwa rodzaje pracy:
• praca przemienna ( alternaling) ALT- w której to przelączartie poszczególnych wejść
odbywa się w czasie mchu powrotnego planiki po ekranie, a sterowanie odchylaniem w pionie odbywa się zamiemiie sygnałem z określonego wejścia
• przez cały czas trwania pełnego pojedynczego mchu podstawy czasu po ekranie,
praca siekana ( chopped ) CHOP - w której wielokrotnie w czasie jednego cyklu trwania podstawy czasu zamieniane jest źródło sygnału podłączane do układu odchylania pionowego. Typowa częstotliwość przełączania przy tym rodzaju
pracy wynosi od 100 do 200 kHz.
We współczesnych oscyloskopach zmiana zakresu podstawy czasu pociąga za sobą automatyczne dopasowanie sposobu przełączania kanałów w trakcie pracy dwukanałowej.