השפופרת מכילה בתוכה נימה הנמצאת בריק ופולטת אלקטרונים כאשר היא מחוברת למתח חשמלי, ומתחממת כתוצאה מזרם חשמלי העובר דרכה. הפעלת מתח חשמלי על השפופרת, יוצרת שדה חשמלי אשר מושך אלקטרונים אלו אל האנודה. כיוון שהאנודה אינה פולטת אלקטרונים, אין זרם בכיוון ההפוך. כך משמשת שפופרת ריק מסוג דיודה ליישור זרם. בטריודה מופיע גם סריג בין הקתודה לאנודה, והמתח שלו מאפשר לשלוט על כמות האלקטרונים העוברים בה. כך משמשת הטריודה להגברתאותות.
יש לציין שברוב שפופרות הריק הנימה אינה מתפקדת כקתודה. בשפופרות אלה הנימה מוקפת בגליל מתכת שמהווה את הקתודה והוא מחומם עד התלהטות על ידי הנימה שבתוכו.
כיום השימוש העיקרי של שפופרות ריק הוא במגברי צליל במערכות שמעיוקרתיות. יש הטוענים כי בשל מספרם הרב של האלקטרונים בשפופרת מושג דיוק סטטיסטי רב יותר. אחרים מזהים "חמימות" בצליל. ה"חמימות" היא למעשה עיוות (distortion) הנגרם על ידי שפופרת הריק, חלק מחובבי ההאזנה מוצאים בטשטוש הצליל הנאה. זוהי 'רוויה-רכה' הנגרמת משימוש יתר (הכוונה לשימוש מעבר ליכולות השפופרת) בשפופרות, הגורמת למעגלים המשתמשים בשפופרות להישמע טוב יותר ממעגלים המשתמשים בטרנזיסטורים כאשר ההספק המוזן אל הרמקול עולה על ההספק המקסימלי נטול העיוותים.
שפופרות משמשות גם במגברים המשמשים גיטרות, שמתוכננים לשימוש יתר, היות שקיימת בהם התכונה של העברה לא-קווית (non-linear) יותר משקיימת בטרנזיסטורים, היוצרת תחום הרמוניות עיוותים נעימה יותר. משתמשים בשפופרות גם עבור מגברים בתדרי רדיו, זאת עקב הספק המוצא הגדול יותר שניתן להפיק מהן בהשוואה לטרנזיסטורים. כמו כן, בניסויים פיזיקליים מסוימים יש העדפה לשפופרות ריק בגלל יכולתן לעמוד בשינויי עומס גדולים יותר.
