Il klystron è una valvola amplificatrice e un esempio di valvola a fascio lineare un altro esempio di questo tipo di valvola è il TWT. La caratteristica di una valvola a fascio lineare è che gli elettroni emessi dal catodo vengono formati in un fascio cilindrico in quale riceve tutta la potenza del campo elettrico prima di entrare nella regione di interazione con la radio frequenza.
Quando il fascio di elettroni passa attraverso la cavità risonante di ingresso, la velocità degli elettroni viene modulata dal campo elettromagnetico del segnale RF in ingresso. Questa modulazione della velocità del fascio di elettroni viene convertita in modulazione di densità.
Questo effetto è evidenziato in figura dalla diversa colorazione del fascio di elettroni.
La cavità risonante di uscita, estrae la potenza RF dal fascio di elettroni modulato in densità e lo fornirà in uscita per essere utilizzato, ad esempio trasmesso da un'antenna.
Il klystron risulta essere molto importante in applicazioni RADAR per la sua capacità di generare alta potenza, alta amplificazione, e buona efficenza. Inoltre, essendo un amplificatore, è molto più versatile potendo amplificare qualsiasi tipo di segnale RF, al contrario del magnetron.