熱電子放出とは、金属や半導体を高い温度に加熱すると、熱のエネルギーを得た電子が表面のエネルギーの壁（仕事関数）を越えて、外へ飛び出す現象です。真空管、ブラウン管、電子顕微鏡の電子銃、真空計のフィラメントなど、電子を取り出す技術の基本になっています。飛び出す電流の密度は、リチャードソン・ダッシュマンの式J＝A*T²·exp(−φ/kT)で表されます。
式の中の仕事関数φが小さいほど、また温度Tが高いほど、電子は飛び出しやすくなります。指数の形をしているため、温度や仕事関数がわずかに変わるだけで電流は大きく変わります。そのため、電子源には、仕事関数の小さいLaB6（六ホウ化ランタン）や、高温に耐えるタングステンのフィラメントが使われます。
半導体デバイスでは、金属と半導体の接合（ショットキー接合）で、半導体側の電子が熱のエネルギーで障壁を越えて金属へ流れる仕組みとして、熱電子放出が現れます。ショットキーバリアダイオードの電流と電圧の関係は、この熱電子放出の式で表され、障壁の高さや温度で電流が大きく変わります。障壁が薄い場合は、トンネル効果による電流が加わります。
