Подамо тепер на анод додатний відносно катода потенціал (перемикач К₂ у положенні 1). У цьому випадку електричне поле між анодом і катодом сприяє рухові електронів до анода, але порушується динамічна рівновага між випусканням з катода та поверненням до нього електронів і емісія посилюється. Залежність між силою струму в діоді і анодною напругою можна зобразити графічно (мал. 192). Криву, яка показує залежність сили струму в діоді від анодної напруги, називають вольт-амперною характеристикою діода. Зі збільшенням анодної напруги все більше електронів, емітованих катодом, захоплюється електричним полем, і сила анодного струму різко зростає доти, поки напруга не досягне такого значення U_н, за якого всі емітовані катодом за одиницю часу електрони переноситимуться полем до анода. Сила анодного струму досягає максимального значення I_н, яку називають силою струму насичення діода, і подальше збільшення анодної напруги не веде до збільшення сили анодного струму. Анодна напруга U_н дістала назву напруги насичення.

За напруги U_a = 0 сила струму І₀ дуже мала, значно менша за силу струму насичення І_н, тому вважають, що вольтамперна характеристика проходить через початок координат, тобто нехтують силою струму І₀; тоді U_a = 0 і І₀ = 0.

Зверніть увагу, що вольтамперна характеристика діода не є лінійною, як це має місце у випадку металевого провідника, а отже, опір, знайдений як частка від ділення анодної напруги на силу струму, у разі різних анодних напруг буде різним і не може бути параметром діода. Таким чином, електронна лампа є прикладом провідника, який не підлягає закону Ома.

Оскільки розжарений катод лампи випускає електрони, а не позитивні йони, діод проводить струм лише тоді, коли на анод лампи подається додатний відносно катода потенціал. Якщо на анод подати від'ємний потенціал, то термоелектрони відштовхуватимуться від негативно зарядженого анода і притягуватимуться до позитивно зарядженого катода і струм через лампу не йтиме — лампа запирається. Це означає, що лампа має однобічну провідність. Однобічна провідність діода широко використовується в техніці для випрямлення змінного струму.