Prinsip pengoperasian relai vakum melibatkan penggunaan kontak eksitasi dalam rangkaian kontrol untuk membentuk penghalang muatan tersegmentasi dalam celah antara katoda dan jaringan. Ketika tegangan bias balik yang cukup diterapkan pada celah ini, hal ini memicu lucutan korona antara katoda dan anoda, sehingga menyebabkan tabung vakum berkonduksi. Proses ini analog dengan mekanisme pada relai konvensional, dimana impuls listrik mengubah energi yang tersimpan dalam kumparan menjadi medan magnet.
Sebagai perangkat peralihan elektronik-presisi-tinggi,-kecepatan tinggi, dan-berkapasitas tinggi, relai vakum terutama digunakan untuk tujuan kontrol di berbagai rangkaian listrik. Fungsi utamanya adalah membawa dan mengontrol sinyal dalam sirkuit kontrol-arus rendah, daya-rendah, sehingga memfasilitasi peralihan berbagai fungsi dan memberikan perlindungan sirkuit. Relai vakum kompatibel dengan sistem AC dan DC dan sangat-cocok untuk aplikasi khusus seperti penggerak frekuensi variabel, sistem otomatisasi daya, proses pemisahan gas, serta operasi pengisian dan pengosongan baterai.