Es un instrumento que permite medir con gran precisión diferencias de potencial, corrientes, resistencias y otros parámetros eléctricos, en un ampio rango. Es una aplicación práctica de los rayos catódicos o electrones (partículas cargadas con electricidad negativa). Esta partículas se desprenden desde el cátodo de un circuito eléctrico cuando circula la corriente. Físicamente, es un verdadero cañón de electrones que se ubica en el interior de un tubo de alto vacío en el cual, en la cara opuesta al cátodo, se instala un pantalla (vidrio) recubierta de material fluorescente (tungstato de cadmio) que emite luz al ser impactada por los electrones.

Los electrones que salen del cátodo son acelerados en su trayectoria hacia el ánodo terminal que se encuentra en la pantalla. En la trayectoria de los electrones, que van configurando un verdadero haz, se han instalado dos placas llamadas horizontales entre las cuales pasa el haz de electrones. Estas placas están dispuestas verticalmente y ellas se pueden cargar eléctricamente a velocidad variable y controlada. Así, mientras una de ellas adquiere carga negativa la otra queda con carga positiva, estableciéndose entonces una diferencia de potencial entre ambas placas. Este cambio afecta al haz de electrones el cual se desvía horizontalmente, yendo a dar al lado de la pantalla donde está la placa con carga positiva. Así, el haz de electrones puede recorrer la pantalla de derecha a izquierda a la velocidad que es determinada a voluntad. Esto depende de la velocidad con que se cambien las cargas de una de las placas con respecto a la otra. Cuando esta velocidad es baja, se verá en la pantalla del osciloscopio un punto que se desplaza en sentido horizontal. Si la velocidad aumenta, se verá que el punto se desplaza con mayor rapidez y a velocidades más altas, el punto en movimiento se transformará en una línea.

El osciloscopio dispone, además, de otro juego de placas llamadas esta vez, placas verticales. Estas pueden conectarse con fuentes de poder eléctrico (diferencias de voltaje), como por ejemplo, una pila eléctrica, cuyo potencial se puede medir.

Si el polo positivo de la pila (ánodo) se conecta a la placa vertical inferior y el cátodo de la pila a la placa superior, esta última se cargará negativamente, lo cual provocará un salto vertical del haz de electrones en sentido descendente. Ello se traduciría en un desplazamiento de la línea de la pantalla a otra posición, en la parte inferior de ella.