Le terme de cathode froide est employé pour les tubes électroniques lorsque la cathode n'est pas chauffée. La cathode exploite le phénomène d’émission de champ. Dans ce genre de tubes ce n'est pas l'effet thermoïonique qui est utilisé pour permettre l'émission d'électrons. Ce type de cathode est courant pour les tubes à gaz et peut aussi être utilisée pour certains tubes à vide.
NanoMed a réussi à monter un réseau de cathodes froides à base de nanoperles de carbone. Ce réseau de cathodes froides est utilisé dans des sources d’émission d’électrons mais a servi également dans le premier prototype de générateur rayons X à base de nanoperles de carbone.