Основным элементом осциллографа является ЭЛТ, которая представляет собой вакуумный баллон с электродами. Катод К, подогреваемый с помощью нити канала Н, имитирует электроны, которые под действием поля положительно заряженных анодов A 1 и A 2 устремляются в направлении экрана. Форму, расположение и напряжение на анодах выбирают так, чтобы электрическое реле ускоряло и фокусировало путём изменения напряжения на аноде A 1 (рукоятка «Фокус» на панели ЭО). На анод A 2 подается напряжение 800 ¸ 3000В, а на анод A 1 – 
этой величины.
Экран Э покрыт люминофором – веществом, светящимся под ударами электронов. Для удаления с Э электрического заряда наносится проводящее покрытие П, электрически соединённое с анодом A 2. Управляющая сетка С (модулятор), на которую подаётся отрицательный относительно катода потенциал, служит для регулировки количества электронов в луче, и, следовательно, яркости изображения на экране. Электронный луч может отклоняться в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью вертикально отклоняющих П 1и горизонтально отклоняющих П 2 пластин. Отклонение луча пропорционально отклоняющему напряжению. Для получения картины изменения сигнала во времени U (t) этот сигнал подают на вертикально отклоняющие пластины (Вх Y) и одновременно луч отклоняют с постоянной скоростью в горизонтальном направлении. Координаты Х и Y луча определяются:
; 
,
где U 1 и U 2 – мгновенные значения напряжений, приложенных соответственно к пластинам П 1и П 2.
Коэффициенты 
и 
характеризуют чувствительность ЭЛТ. Чувствительность ЭЛТ мала и поэтому, чтобы отклонить луч на весь экран, необходимо довольно большое напряжение (
В). Начало координат обычно выбирают в центре экрана с помощью регулировок «Смешение Y» (
) и «Смешение Х» (
), которые обеспечивают подачу дополнительного напряжения различного знака.
