До сих пор здесь рассматривался лишь тлеющий разряд, характеризующийся сравнительно малыми токами и напряжениями, значительно превышающими ионизационные потенциалы газов. Напряжение тлеющего разряда определяется, главным образом, величиной падения потенциала в катодном темном пространстве.

Высокое катодное падение, требуемое для поддержания разряда, объясняется согласно теории Томсона тем, что именно вблизи катода положительные ионы приобретают энергию, необходимую для выбивания электронов с поверхности катода. Рост катодного падения с увеличением тока в области аномального разряда может быть объяснен большей энергией, необходимой для освобождения с катода дополнительного количества электронов, связанного с увеличением тока.

В правильности такого объяснения образования катодного падения потенциала можно убедиться на опытах с применением термоэлектронного катода, т. е. такого катода, который вследствие нагревания до высокой температуры начинает эмигрировать электроны. Установлено, что при нагревании катода падение напряжения на разряде уменьшается.

Если все (необходимое для поддержания разряда количество электронов может быть освобождено с катода в результате термоэлектронной эмиссии, то напряжение на разрядной трубке падает до величины, приближенно равной обычно ионизационному потенциалу наполняющего газа или пара. При наличии ступенчатой ионизации оно может упасть до величины первого потенциала возбуждения. Разряды с большими плотностями тока и падениями напряжения порядка ионизационного потенциала называются обычно дуговыми разрядами.

Однако, разделение тлеющих и дуговых разрядов, основанное на величине падения напряжения и плотности тока, не является принципиальным. Основное различие заключается в том, что при дуговом разряде мощная эмиссия электронов с катода вызывается не бомбардировкой положительными ионами, а каким-либо другим процессом.

В число возможных эмиссионных процессов входит термоэлектронная эмиссия и эмиссия, вызванная сильным электрическим полем, появляющимся при образовании у катода положительного объемного заряда. Плотности тока при тлеющем разряде ограничиваются малыми величинами, так как при повышении плотности тока происходит нагревание катода с последующим переходом тлеющего разряда в дугу.