Ein Magnetron wird in Linearbeschleunigern zur Erzeugung von Mikrowellen verwendet (alternativ für höhere Leistungen ein Klystron). In kommerziellen Linearbeschleunigern werden in der Regel (u.a. auch aus Kostengründen) Magnetrons verbaut.
Ein Magnetron besteht aus einer Anode und Kathode, einem Magnetfeld, Resonanzhohlräumen und einer Antenne zur Auskopplung der Mikrowelle. Die Kupferanode besitzt eine zylindrische Form, in der sich eine mittige Bohrung befindet, die über kleine Schlitze mit weiteren Bohrungen, die kreisförmig um die mittlere Bohrung angeordnet sind, verbunden ist. In dem dargestellten Beispiel, sind die Bohrungen rund, sie können aber auch andere Formen haben. An der Anode ist eine gepulste Gleichspannung angelegt. In der mittleren Bohrung befindet sich die Kathode, die ebenfalls eine zylindrische Form besitzt. Der komplexe Aufbau ist von einem Magnetfeld, das parallel zu den Bohrungen ausgerichtet ist, durchsetzt. Die Elektronen werden an der Kathode über die Glühemission freigesetzt und bewegen sich aufgrund ihrer Ladung in Richtung Anode.
Bedingt durch das angelegte Magnetfeld streben die Elektronen durch die Einwirkung der Lorentzkraft gemäß der 3-Finger-Regel eine kreisförmige Bewegung an. Im Bereich nahe der Anodenoberfläche kommt es durch die Ladung der Elektronen zur Influenz im Anodenmaterial was zu Ladungsverschiebung (Influenz und Polarisation) führt. Es entsteht eine komplexe Verteilung elektrischer Potentiale, woraus eine kreisförmige Bewegung von gebündelten Elektronen resultiert. Stimmen die Resonanzfrequenzen der Hohlräume in der Anode mit der Umlauffrequenz der Elektronenbündel überein, kommt es zur Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen (Hochfrequenzschwingungen). Die äußeren Zylinderbohrungen bilden folglich eine resonanzfähige elektrische Schaltung (Schwingkreis). Die Welle wird abschließend seitlich aus der Anode ausgekoppelt und über den Hohlwellenleiter (engl. wave guide) dem Beschleunigerrohr zugeführt.