В роботі магнетрона використовується процес руху електронів при наявності двох полів - магнітного і електричного, перпендикулярних один одному. Магнетрон є двухелектродную лампу або діод, що містить розжарюваний катод, що випускає електрони, і холодний анод. Магнетрон поміщається в зовнішнє магнітне поле. Анод (анодний блок) магнетрона має досить складну монолітну конструкцію з системою резонаторів, необхідних для ускладнення структури електричного поля всередині магнетрона. Магнітне поле створюється або котушками зі струмом (електромагніт), або постійним магнітом, між полюсами якого міститься магнетрон. Якби магнітного поля не було, то електрони, що вилітають з катода практично без початкової швидкості, рухалися б в електричному полі вздовж прямих ліній, перпендикулярних до катода, і все потрапляли б на анод. При наявності перпендикулярного магнітного поля траєкторії електронів викривляються силою Лоренца. Траєкторії руху електронів в магнетроні зображені на Рис.1.
Траєкторія електрона є циклоїда, що описується точкою, що лежить на окружності кола, рівномірно котиться по катода. При проходженні циклоїдного потоку електронів повз щілин резонаторів анодного блоку, в них порушуються потужні електромагнітні СВЧ коливання. Високочастотна енергія з приладу зазвичай виводиться за допомогою петлі або отвори зв'язку, поміщених в периферійній частині одного з резонаторів анодного блоку.
Магнетрон розроблявся як потужний генератор електромагнітних коливань СВЧ діапазону для використання в системах РЛС. Ефект нагрівання предметів микроволнами знайшов застосування в мікрохвильових (СВЧ) печах.