示波器的核心是一个显像管，这种显像管与电视机和计算机监视器所用的显像管相似。在显像管的颈部有一个与真空电子管相似的电极系统，产生细小的电子束，也就是阴极射线。与电子管--样，显像管的电子束也是由加热的阴极发射的。栅极在这里称为门极，用于调节电子束流量，也就是电子束的强度。电子管只有一个阳极，但是显像管有一排阳极电极，它们各自带有不同的电压，具有电子透镜的作用，将电子束聚焦到屏幕上。，整个电极部分称为电子枪。如果电子束只是笔直投射到屏幕上，那么仅在屏幕中心出现一个小点。如果要在屏幕上画出所需的波形曲线，就要有两对外加电极来偏转电子束，这种电极称为偏转板。
其中一对偏转板由被测电压信号控制，在垂直方向偏转电子束；另一对偏转板在水平方向偏转电子束。
水平偏转板上加的是锯齿波信号，用于显示信号随时问的变化过程，因此，水平偏转电路称为时基。这与电视机屏幕的工作方式不同，电视机的偏转系统是显像管外部的强磁场，其电子束扫描形成的是平行线组成的连续光栅；而电视信号用于调节电子束强度，在屏幕上形成明暗不同的图像。示波器不是这样，在画波形曲线的过程中，示波器的电子束强度通常保持不变，只在电子束返回起始点的过程中，电子束被抑制。电视机和示波器的同步控制也不同。电视机的水平扫描线在扫描返回点被“断开”，在这些点处有行同步信号。电视机还有场同步信号，也称帧同步，在最后一行（即最下面一行）扫描完成之后，场同步信号控制扫描点返回屏幕顶端。在没有接收电视台信号的情况下，电视机的水平偏转和垂直偏转按照自身的设置进行，称为空运行。