Ο καθοδικός σωλήνας ή CRT εφευρέθηκε από τον Karl Ferdinand Braun. Ήταν ο πιο κοινός τύπος οθόνης για πολλά χρόνια. Χρησιμοποιήθηκε σχεδόν σε όλες τις οθόνες υπολογιστών και τηλεοράσεων μέχρι που άρχισαν να χρησιμοποιούνται οι οθόνες LCD και πλάσματος.
Ένας καθοδικός σωλήνας ακτίνων διαθέτει ένα όπλο ηλεκτρονίων. Η κάθοδος είναι ένα ηλεκτρόδιο (ένα μέταλλο που μπορεί να στείλει ηλεκτρόνια όταν θερμαίνεται). Η κάθοδος βρίσκεται μέσα σε έναν γυάλινο σωλήνα. Επίσης, μέσα στον γυάλινο σωλήνα υπάρχει μια άνοδος που έλκει ηλεκτρόνια. Αυτή χρησιμοποιείται για να τραβήξει τα ηλεκτρόνια προς το μπροστινό μέρος του γυάλινου σωλήνα, έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια να εκτοξεύονται προς μία κατεύθυνση, δημιουργώντας μια καθοδική ακτίνα. Για τον καλύτερο έλεγχο της κατεύθυνσης της ακτίνας, ο αέρας απομακρύνεται από τον σωλήνα, δημιουργώντας κενό.
Τα ηλεκτρόνια προσπίπτουν στο μπροστινό μέρος του σωλήνα, όπου βρίσκεται μια οθόνη φωσφόρου. Τα ηλεκτρόνια κάνουν τον φώσφορο να ανάψει. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να κατευθυνθούν με τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου. Ελέγχοντας προσεκτικά ποια κομμάτια φωσφόρου ανάβουν, μπορεί να δημιουργηθεί μια φωτεινή εικόνα στο μπροστινό μέρος του σωλήνα κενού. Η αλλαγή αυτής της εικόνας 30 φορές κάθε δευτερόλεπτο θα κάνει την εικόνα να μοιάζει σαν να κινείται. Επειδή στο εσωτερικό του σωλήνα υπάρχει κενό (το οποίο πρέπει να είναι αρκετά ισχυρό για να κρατάει έξω τον αέρα) και ο σωλήνας πρέπει να είναι γυάλινος για να είναι ορατός ο φώσφορος, ο σωλήνας πρέπει να είναι κατασκευασμένος από χοντρό γυαλί. Για μια μεγάλη τηλεόραση, αυτός ο σωλήνας κενού μπορεί να είναι αρκετά βαρύς.
Η λυχνία καθοδικών ακτίνων εφευρέθηκε το 1897 και χρησιμοποιήθηκε ως παλμογράφος (μηχάνημα απεικόνισης κυμάτων). Αργότερα, μαζί με άλλες εφευρέσεις και βελτιώσεις, χρησιμοποιήθηκε για την πρώτη σύγχρονη ηλεκτρονική τηλεόραση από τον Philo T. Farnsworth τη δεκαετία του 1920. Η CRT ήταν ο κύριος τύπος τηλεοπτικής οθόνης μέχρι να γίνει δημοφιλής η οθόνη υγρών κρυστάλλων στις αρχές της δεκαετίας του 2000.
