Katoda negatif adalah salah satu dari dua elektroda utama dalam tabung vakum. Ini melepaskan ion negatif yang tertarik ke anoda positif. Katoda negatif dapat berupa katoda panas atau dingin. Sementara katoda panas biasanya dipanaskan oleh filamen tungsten yang melilitnya, katoda dingin tidak dipanaskan secara langsung tetapi akhirnya mencapai suhu tinggi selama operasinya. Bahkan jika katoda dingin tidak dipanaskan secara langsung, ia dapat beroperasi pada suhu tinggi karena suhu di dalam selungkup akan terus meningkat ketika arus mengalir melalui katoda.
Katoda panas dan negatif digunakan dalam tabung sinar katoda (CRT), tabung vakum khusus. CRT digunakan untuk osiloskop dan layar televisi (TV) tipe tabung. Sisi positif CRT diberi energi sebesar 25,000 volt (V) pada sisi layar. Katoda panas di bagian belakang tabung berada di dalam selungkup yang disebut pistol. Elektron dari katoda panas dipancarkan dan menemukan jalannya di bagian dalam layar setelah dibelokkan secara akurat oleh medan magnet atau listrik pada sumbu vertikal dan horizontal.
Magnetron adalah perangkat katoda negatif yang digunakan untuk menghasilkan dan memperkuat frekuensi radio pada pita frekuensi tinggi yang disebut gelombang mikro. Ini menggunakan kurungan logam geometri khusus yang disebut sebagai rongga. Rongga, bersama dengan medan magnet permanen, menghasilkan energi gelombang mikro yang dapat digunakan untuk radar dan oven gelombang mikro.
Salah satu variasi katoda dingin digunakan untuk penerangan. Dengan memilih lapisan fosfor yang berbeda, ion yang dihasilkan oleh katoda dingin dapat menghasilkan berbagai warna. Ini adalah praktik umum untuk menyebutkan warna katoda.
Baterai beroperasi dengan katoda positif dan anoda negatif. Bahan katoda untuk baterai isi ulang mampu beradaptasi dengan siklus pengisian dan pengosongan yang berulang. Muatan baterai negatif tiba di bahan katoda dan ke beban untuk baterai. Polaritas katoda ditentukan berdasarkan muatan yang mencapainya.
Dioda adalah perangkat solid-state yang bertindak sebagai katup satu arah untuk muatan listrik. Katoda negatif terdiri dari semikonduktor tipe negatif (N), yang memiliki elektron bebas, dan anoda terdiri dari semikonduktor tipe positif (P) yang kekurangan elektron. Simbol skema dioda menunjukkan anoda sebagai panah yang menunjuk ke katoda, dan arah panah menunjukkan kebalikan dari aliran elektron, yang disebut sebagai aliran lubang.