Son alambres delgados de tungsteno que se alimentan desde una fuente auxiliar (secundaria de un transformador, por ejemplo) que calientan el cátodo para que se produzca la emisión de electrones en una válvula termoiónica. En algunas válvulas, el propio filamento funciona como un cátodo, emitiendo electrones que llevan al nombre de estas válvulas de calentamiento directo.
En la figura 1 mostramos la disposición del filamento dentro de una válvula.
En la nomenclatura americana para válvulas, el primer número del tipo indica cuál es la tensión que debe usarse para suministrar el filamento.
Por ejemplo, 6L6 significa una válvula de filamento de 6,3 V. 12AX7, indica una válvula de tensión de filamento de 12 V.