Đầu tiên, các electron được sinh ra do bức xạ nhiệt từ súng điện tử, hay súng electron. Các electron này được điều chế thành các xung và phun vào buồng gia tốc. Buồng gia tốc có hai loại, đó là buồng gia tốc sóng ngang và buồng gia tốc sóng đứng. Bức xạ vi sóng được cung cấp dưới dạng các xung ngắn, khoảng một vài μs và được phát ra dưới dạng các xung điện áp cao, khoảng 50 KV, từ bộ điều chế xung đến nguồn phát vi sóng. Cấu trúc này thường là “van” Magnetron. Ở một số máy phát năng lượng cao người ta dùng Klystron.
Xung điện từ và xung điện áp được phun vào ống dẫn sóng tăng tốc cùng một thời điểm (tạo ra sự cộng hưởng). Hệ thống ống dẫn sóng và súng electron được hút chân không dưới áp suất thấp, tạo ra chuyển động tự do, tránh va chạm với các phần tử khí suốt dọc chiều dài chuyển động của chúng. Năng lượng mà các electron có được từ nguồn cung cấp sóng cao tần trong ống gia tốc tùy thuộc vào biên độ của điện trường, có nghĩa là phụ thuộc vào công suất không đổi của nguồn sóng cao tần.
Chùm electron được tăng tốc có xu hướng phân kỳ một phần do lực tương tác đẩy Coulomb. Tuy nhiên, sự phân kỳ này có thể được khắc phục khi sử dụng một từ trường hội tụ đồng trục. Từ trường này do các cuộn dây nam châm cung cấp, đương nhiên phải đồng trục với ống dẫn sóng. Ngồi ra cịn có các cuộn lái bức xạ, được sử dụng để dẫn chùm electron chuyển động theo đúng hướng và vị trí yêu cầu.
Các electron được gia tốc tới năng lượng yêu cầu được lái qua đầu máy điều trị để sử dụng trực tiếp khi điều trị bằng chùm electron. Khi máy được sử dụng trong chế độ phát photon tia X , chùm electron (đã được gia tốc tới năng lượng khá lớn) sẽ được hướng vào một bia làm bằng vật liệu có số hiệu nguyên tử Z lớn (bia
tia X), ở đó các electron bị hãm lại và phát ra photon tia X nhờ hiệu ứng phát bức xạ hãm. Bức xạ này được sử dụng để điều trị ung thư. Bia tia thường là W hoặc Titan