รังสีแคโทดถูกค้นพบเป็นครั้งแรกโดยจูเลียส พลังเกอร์ นักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันและโจฮัน ฮิตทรอฟ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ก่อนหน้านั้นในปี ค.ศ. 1855 ไฮน์ริช ไกสเลอร์ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ประดิษฐ์ปั้มสุญญากาศที่สามารถสูบอากาศออกจากหลอดแก้วได้ จากนั้นจูเลียส พลังเกอร์ ได้นำหลอดสุญญากาศไปทดลองการไหลของกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ จูเลียสได้ใส่แผ่นตัวนำสองแผ่นที่ปลายของหลอดทั้งสองข้าง และต่อตัวนำทองแดงออกมายังแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูง และมีแอมมิเตอร์เพื่อวัดกระแสไฟฟ้าในวงจรด้วย แผ่นตัวนำที่ต่อกับขั้วบวกเรียกว่า "แอโนด" ส่วนแผ่นตัวนำที่ต่อกับขั้วลบเรียกว่า "แคโทด" จูเลียส พลังเกอร์ ได้อธิบายในเอกสารที่ตีพิมพ์ใน ค.ศ. 1858 ว่า หลังจากผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในวงจรก็พบว่า เกิดแสงสีเขียวจางๆ บนพื้นผิวของหลอดแก้วทันที ซึ่งคาดว่าแสงสีเขียวนี้เกิดจากเนื้อแก้ว

ล่วงเลยมาถึงปี ค.ศ.1875 รังสีแคโทดถูกศึกษาอย่างจริงจังโดยเซอร์ วิลเลียม ครุกส์ นักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ครุกส์ได้ใช้หลอดสุญญากาศงอแทนหลอดสุญญากาศตรง และได้พบว่าแสงสีเขียวมีความเข้มข้นไม่เท่ากัน โดยมีความเข้มมากที่สุดตรงจุดที่หลอดงอ แสดงว่ามีบางสิ่งถูกปล่อยออกมาจากแผ่นตัวนำทั้งสองฝั่งและเดินทางเป็นเส้นตรง และมีการสังเกตเห็นว่า บางสิ่งที่ถูกปล่อยออกมานี้มาจากแผ่นตัวนำแคโทดและวิ่งไปยังแผ่นตัวนำแอโนด ต่อมาอูเยน โกลด์สโตน์ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ศึกษาการผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในหลอดสุญญากาศที่ใส่แก๊สเข้าไปด้วย โกลด์สโตน์เรียกสิ่งที่ปล่อยออกมาจากแผ่นแคโทดว่า รังสีแคโทด (cathode ray) การที่รังสีแคโทดคล้ายกับคลื่นแสงมาก ทำให้นักวิทยาศาสตร์บางส่วนคิดว่ารังสีแคโทดคือคลื่นแสงชนิดหนึ่ง
ครุกส์ได้ทดลองต่อโดยนำแผ่นวัตถุมาขวางทางรังสีแคโทด และพบว่าเกิดเป็นเงาของแผ่นวัตถุนั้นที่ปลายหลอด จึงสรุปได้ว่ารังสีแคโทดคล้ายแสงสว่างและเดินทางเป็นเส้นตรง

ครุกส์ทดลองต่อโดยนำแท่งแม่เหล็กเข้ามาใกล้หลอด และพบอีกว่าเงาของแผ่นวัตถุเลื่อนไปจากตำแหน่งเดิม จึงสรุปได้ว่าสนามแม่เหล็กสามารถเปลี่ยนเส้นทางของรังสีแคโทดได้ สำหรับสนามไฟฟ้านั้นครุกส์ได้ตั้งสมมุติฐานเอาไว้ว่า สามารถเปลี่ยนเส้นทางของรังสีแคโทดได้เช่นกัน แต่ไม่ได้ทำการทดลอง การที่สนามแม่เหล็กไม่สามารถเปลี่ยนเส้นทางเดินของแสงได้ ทำให้แนวคิดที่ว่ารังสีแคโทดคือคลื่นแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้นตกไป

ต่อมานักฟิสิกส์ได้ทำการทดลองและพบว่า สนามไฟฟ้าสามารถเบี่ยงเบนรังสีแคโทดได้ เมื่อนำแผ่นตัวนำสองแผ่นที่ต่ออยู่กับแหล่งจ่ายไฟ มาวางอยู่ระหว่างเส้นทางเดินของรังสีแคโทด ในกรณีนี้รังสีแคโทดจะเคลื่อนที่ผ่านสนามไฟฟ้า จะเห็นได้ว่าเงาของแผ่นกั้นเลื่อนไปทางด้านแผ่นตัวนำที่เป็นขั้วบวก ดังนั้นรังสีแคโทดจะต้องเป็นรังสีที่มีประจุเป็นลบนั่นเอง

จากการค้นพบรังสีแคโทดทำให้หลอดรังสีแคโทด ถูกนำไปใช้ในการวิเคราะห์สเปกตรัมของสารเรืองแสง เช่น ก๊าซไฮโดรเจน โดยการนำหลอดรังสีแคโทดมาบรรจุก๊าซไฮโดรเจน จากนั้นก็กระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้า ทำให้ก๊าซไฮโดรเจนปลดปล่อยแสงออกมา และนำแสงไปผ่านแผ่นฉากกั้นและปริซึม ก็จะได้สเปกตรัมการปลดปล่อยแสง กรณีการปลดปล่อยแสงแบบอื่นๆ เช่น เหล็กในอุณหภูมิต่ำจะไม่มีแสง แต่ถ้ามีอุณหภูมิที่สูงมากจนถึงจุดๆ หนึ่งจะเห็นเหล็กเป็นแท่งสีแดง เมื่อเผาวัตถุ เช่น ไม้ ก็จะมีแสงสว่างออกมา ก๊าซออกซิเจนในบรรยากาศปลดปล่อยแสงที่เรียกว่าแสงเหนือเมื่อถูกชนโดยพายุอิเล็กตรอนความเร็วสูงจากดวงอาทิตย์ เช่นเดียวกันก๊าซฟลูออเรสเซนต์จะปลดปล่อยแสงเมื่อถูกชนโดยคลื่นอิเล็กตรอน แม้กระทั่งน้ำที่ถูกชนโดยอนุภาคนิวตริโนก็จะปลดปล่อยแสงออกมาในช่วงเวลาสั้นๆ

หลอดรังสีแคโทด (Cathode ray tube ; CRT) หรือ CRT เป็นอุปกรณ์ที่ใช้แสดงค่ารูปร่างของสัญญาณที่วัดได้บนหน้าจอ หลอด CRT มีโครงสร้างภายใน (ดังรูป)

ส่วนประกอบภายในหลอด CRT แบ่งได้เป็น 4 ส่วน คือ
1. ชุดปืนอิเล็กตรอน ในส่วนนี้จะทำหน้าที่คล้ายกับหลอดไทรโอด (Triode) คือ แคโทดจะเป็นตัวยิงอิเล็กตรอนไปยังจอภาพ และกริดเป็นตัวควบคุมการจ่ายอิเล็กตรอน และมีแอโนดเป็นตัวรับอิเล็กตรอนจะสามารถวิ่งผ่านรูเล็กๆ นี้ได้ มีลักษณะเป็นลำอิเล็กตรอน ขนาดของลำอิเล็กตรอนสามารถปรับหรือควบคุมได้โดยใช้ปุ่มปรับความเข้ม การปรับปรุงดังกล่าวเป็นการปรับแรงดันไฟลบที่กริด ถ้ากริดเป็นไฟลบมากลำอิเล็กตรอนก็จะลดลงทำให้ความเข้มที่จอภาพลดลงและถ้ากริดเป็นไฟลบน้อย ลำอิเล็กตรอนจะมาก ความเข้มที่จอภาพก็มากตาม เมื่ออิเล็กตรอนผ่านกริดควบคุมจะถูกเร่งความเร็วโดยขั้วแอโนดเร่งความเร็ว (Accelerating anode) 2 แผ่นที่มีศักย์ไฟฟ้าบวกค่าสูงป้อนให้ ระหว่างแอโนดทั้งสองจะมีแอโนดโฟกัส (Focusing anode) คั่นอยู่ซี่งจะทำหน้าที่ช่วยปรับให้อิเล็กตรอนเป็นลำขนาดเล็กและคมชัดขึ้น ลำอิเล็กตรอนที่ถูกปรับโฟกัสและถูกเร่งความเร็วแล้ว จะเคลื่อนที่ผ่านเพลตบ่ายเบนแนวตั้งและแนวนอนพุ่งไปกระทบจอเรืองแสงต่อไป
2. ชุดแผ่นเพลตบ่ายเบน (Deflection plate assembly) ประกอบด้วยแผ่นเพลตโลหะ 2 แผ่น วางคู่ขนานกันทั้งทางแนวตั้งและแนวนอน โดยมีแรงดันไฟฟ้าป้อนให้กับแผ่นโลหะทั้งสอง เป็นผลทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่มีค่าสม่ำเสมอเกิดขึ้นระหว่างแผ่นโลหะนี้ เมื่อลำอิเล็กตรอนที่ถูกเร่งความเร็วผ่านเข้ามายังแผ่นบ่ายเบน เป็นผลทำให้ได้รับอิทธิพลจากสนามไฟฟ้าภายในดังกล่าว จะเกิดแรงที่กระทำต่ออิเล็กตรอน
3. จอภาพเรืองแสง (Fluorescent screen) คือ จอด้านหน้าสุดของหลอด CRT ที่ฉาบด้วยสารเรืองแสงจำพวกฟอสเฟอร์ (Phospher) ซึ่งเป็นสารทำให้เกิดแสงสว่างบนจอภาพ โดยจะเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานแสงเพมื่อถูกวิ่งชนด้วยลำอิเล็กตรอนที่มีความแรงและกำลังสูง คุณสมบัติของสารในการปล่อยแสง เมื่อได้รับการกระตุ้น (ชน) โดยลำอิเล็กตรอนเรียกว่า "ฟลูออเรสเซนต์" ความสามารถของสารในการปล่อยแสงออกมาอย่างต่อเนื่อง แม้ว่าจะหมดลำอิเล็กตรอนแล้วก็ตามเราเรียกว่า "ฟอสเฟอเรสเซนซ์" (Phospherescence) และช่วงระยะเวลาที่เกิดการเรืองแสงต่อเนื่องเรียกว่า "ความคงสว่าง" (Persistence) ของสารเรืองแสง
4. ตัวหลอดแก้วและขั้วหลอด (Glass envelope and bade of the tube)

ประเภทของหลอด CRT ถ้าแบ่งตามจำนวนของลำแสงอิเล็กตรอนภายในหลอดจะแบ่งออกเป็น
1.1 ลำแสงเดียว (Single-beam)
2.2 ลำแสงคู่ (Dual-beam)
3.3 หลายลำแสง (Multi-beam)

http://plcsanook.com/?p=621
https://sites.google.com/a/mlt.ac.th/cholasit2/hlxd-rangsi-khaethod