El principio de funcionamiento de un relé de vacío implica la utilización de contactos de excitación dentro de un circuito de control para establecer una barrera de carga segmentada dentro del espacio entre el cátodo y la rejilla. Cuando se aplica un voltaje de polarización inversa suficiente a través de este espacio, se desencadena una descarga en corona entre el cátodo y el ánodo, lo que provoca que el tubo de vacío conduzca. Este proceso es análogo al mecanismo de un relé convencional, donde el impulso eléctrico convierte la energía almacenada en la bobina en un campo magnético.
Como dispositivo de conmutación electrónica de alta-precisión, alta-confiabilidad, alta-velocidad y alta-capacidad, el relé de vacío se emplea principalmente con fines de control en una amplia gama de circuitos eléctricos. Su función principal es transportar y controlar señales dentro de circuitos de control de baja-corriente y baja-potencia, facilitando así la conmutación de diversas funciones y proporcionando protección del circuito. Los relés de vacío son compatibles con sistemas de CA y CC y son particularmente-adecuados para aplicaciones especializadas como variadores de frecuencia, sistemas de automatización de energía, procesos de separación de gases y operaciones de carga y descarga de baterías.