Kathodestralen zijn negatief geladen omdat ze uit een stroom elektronen bestaan. Elektronen zijn subatomaire deeltjes die een negatieve elektrische lading dragen. Wanneer een elektrische stroom door een vacuümbuis wordt geleid, worden de elektronen in de buis uitgezonden door de kathode (de negatieve elektrode) en reizen ze naar de anode (de positieve elektrode). Deze elektronen vormen de kathodestralen.