Auf den ersten Blick erscheint die Röhre wie eine Geißlerröhre. Innerhalb der Röhre besteht ein geringer Gasdruck. Die Elektronen bewegen sich bei Anlegen der Spannung von der Kathode zur Anode, ionisieren die auf ihrem Weg befindlichen Gasmolekühle und bringen diese somit zum Leuchten.
Erst bei näherer Betrachtung wird die Funktionsweise der Röhre nach Hittdorf ersichtlich.
Anode und Kathode sind sehr dicht aneinander. Ein verschiebbares Glasröhrchen ist um diese Anordnung angebracht. Mittels dieses Glasröhrchens kann der Raum zwischen Anode und Kathode vergrößert oder verkleinert werden.
Ist das Glasröhrchen unmittelbar um Kathode und Anode, so entsteht beim Anlegen der Spannung der sogenannte Dunkelraum. Durch den geringen Abstand zwischen Anode und Kathode können die Elektronen nicht auf direkten Weg zur Kathode gelangen und sie wählen lieber den längeren Weg. Aus diesem Grund wird die Röhre auch Umwegröhre bezeichnet.
Vergrößert man mittels des Glasröhrchens den Abstand zwischen Anode und Kathode, so können die Elektronen diesen Dunkelraum überwinden und wählen den direkten Weg zur Anode.