Un arco de vacío puede surgir cuando las superficies de los electrodos metálicos en contacto con un buen vacío comienzan a emitir electrones ya sea mediante calentamiento ( emisión termoiónica ) o en un campo eléctrico que es suficiente para causar una emisión de electrones de campo . Una vez iniciado, un arco de vacío puede persistir, ya que las partículas liberadas obtienen energía cinética del campo eléctrico, calentando las superficies metálicas mediante colisiones de partículas a alta velocidad. Este proceso puede crear un punto de cátodo incandescente , que libera más partículas, manteniendo así el arco. Con corrientes suficientemente altas también se puede formar un punto de ánodo incandescente.
La descarga eléctrica en el vacío es importante para ciertos tipos de tubos de vacío y para interruptores de vacío de alto voltaje .
El arco de vacío termoiónico (TVA) es un nuevo tipo de fuente de plasma que genera un plasma que contiene iones con energía dirigida. Las descargas de TVA pueden encenderse en condiciones de alto vacío entre un cátodo calentado (cañón de electrones) y un ánodo (crisol de tungsteno) que contiene el material. El haz de electrones acelerado que incide sobre el ánodo calienta el crisol junto con su contenido a una temperatura elevada. Después de establecer una densidad en estado estable de los átomos del material del ánodo que se evapora, y cuando el voltaje aplicado es lo suficientemente alto, se enciende una descarga brillante entre los electrodos.