Katodestråler er negativt ladede, fordi de består af en strøm af elektroner. Elektroner er subatomære partikler, der bærer en negativ elektrisk ladning. Når en elektrisk strøm ledes gennem et vakuumrør, udsendes elektronerne i røret fra katoden (den negative elektrode) og bevæger sig mod anoden (den positive elektrode). Disse elektroner udgør katodestrålerne.