A vákuumrelé működési elve magában foglalja a gerjesztőérintkezőket a vezérlőáramkörben, hogy szegmentált töltésgátot hozzon létre a katód és a rács közötti résen belül. Ha elegendő fordított előfeszítő feszültséget alkalmazunk ezen a résen, az koronakisülést vált ki a katód és az anód között, ezáltal a vákuumcső vezetőképességét idézi elő. Ez a folyamat hasonló a hagyományos relé mechanizmusához, ahol az elektromos impulzus a tekercsben tárolt energiát mágneses térré alakítja.
Nagy pontosságú, nagy-megbízhatóságú, nagy-sebességű és nagy-kapacitású elektronikus kapcsolóeszközként a vákuumrelét elsősorban az elektromos áramkörök széles körében történő vezérlésére használják. Elsődleges funkciója a jelek átvitele és vezérlése kis-áramú, kis-teljesítményű vezérlőáramkörökön belül, ezáltal megkönnyítve a különböző funkciók átkapcsolását és az áramkör védelmét. A vákuumrelék váltóáramú és egyenáramú rendszerekkel egyaránt kompatibilisek, és különösen jól -alkalmasak speciális alkalmazásokhoz, például változtatható frekvenciájú hajtásokhoz, teljesítményautomatizálási rendszerekhez, gázleválasztási folyamatokhoz, valamint akkumulátor-töltési és -kisütési műveletekhez.