行波加速管的工作原理主要涉及電子注與慢波電路中行進的微波場的相互作用。在長達6至40個波長的慢波電路中，電子注連續不斷地將動能傳遞給微波信號場，從而實現信號的放大。這種加速管的特點是作用時間長，因此增益很高，且由於沒有諧振腔，工作頻寬大大增加。行波加速管（TWT）的主要功能是放大微波信號。待放大的微波信號通過輸入能量耦合器進入慢波電路，並沿著該電路行進。在這個過程中，電子與行進的微波場進行能量交換，使得微波信號得到放大。行波加速管廣泛套用於火控、搜尋、警戒雷達等領域，尤其是耦合腔慢波電路行波管，因為它具有高峰值功率、高平均功率輸出能力、高效率和大占空比等特點。
為了使電子注與微波場產生有效的相互作用，電子的直流運動速度應比沿慢波電路行進的微波場的相位傳播速度（相速）略高，這被稱為同步條件。