图1为夫兰克－赫兹实验原理图。电子从阴极K射出，经第一栅极电压UG1K加速进入加速电场G1、G2与原子发生碰撞。发生弹性碰撞的电子损失能量较少，而发生非弹性碰撞的电子损失能量较大。电子穿过加速电场后，进入拒斥电场G2、A，对于剩余能量较多的电子，则能克服拒斥电场，到达极板A形成正电流，且随着加速电压的增大，电子会与原子发生多次非弹性碰撞，导致电流起伏变化。

理想状况下，其电流随加速电压变化规律如图2所示，其中，U0为氩原子第一激发电位。只要不发生非弹性碰撞，大部分电子均能到达极板A形成电流。U0＜U＜2U0时，大部分电子具备与原子发生一次非弹性碰撞，能量转移给原子后形成第一个波谷，谷底电流反映电子不发生一次非弹性碰撞的概率。2U0＜U＜3U0时，大部分电子具备发生两次非弹性碰撞的能量，当电子发生连续两次非弹性碰撞时，则无法通过反电场形成电流；形成第二个波谷，谷底电流反映电子不发生一次非弹性碰撞的概率与电子发生一次非弹性碰撞但不发生第二次非弹性碰撞的概率之和。因此第二个波谷的电流值要大于第一个波谷的电流值。同样的分析，可以得出第三、第四、第五……个波谷的物理意义。由此，在正常拒斥电压的情况下，谷底电流不断上升。