Ogni gas possiede, per effeti termici e per interazione con le radiazioni ambientali, una piccola porzione di molecole ionizzate. Quando una porzione di gas è sottoposta ad una differenza di potenziale di valori ordinari, questi ioni si muovono spinti dal campo elettrico dando luogo ad una corrente elettrica. Tuttavia questa corrente è debolissima, non misurabile se non con strumenti molto sensibili, perchè la porzione di portatori di carica è piccola rispetto al numero totale di molecole.
Per ottenere una corrente robusta è necessario che in qualche modo si aumenti il numero dei portatori di carica. L’unico modo pratico di procedere è fare in modo che i portatori già presenti urtino le molecole neutre con tale energia da provocarne l’ulteriore ionizzazione. Per fare questo si può alzare molto la differenza di potenziale applicata. Oppure si può abbassare la pressione. Il motivo è presto detto: quando la pressione è alta, e quindi anche la densità, il percorso che uno ione compie prima di urtare una molecola neutra è breve, per cui non riesce ad accumulare abbastanza energia da ionizzare la molecola urtata. Abbassando la pressione si aumenta la distanza media tra un urto e l’altrro e in tal modo gli ioni urtano le molecole neutre con alti valori di energia cinetica, provocando la inonizzazione desiderata.
Riguardo alla comparsa dei raggi catodici il ragionamento è lo stesso: i raggi catodici sono elettroni energetici rilasciati dal catodo in conseguenza dei cationi che vi urtano. Questi elettroni possono essere strappati solo con urti molto energetici, più energetici di quelli necessari a ionizzare le molecole neutre del gas. Per cui è necessario che gli ioni accumulino più energia tra un urto e il succesivo, i che si ottiene facilmente abbassando ulteriormente la pressione del gas.