在高真空条件下，阴极由于高压电场的作用被加热而发射出电子，电子汇集成束，电子束在加速电压的作用下，以极高的速度向阳极运动，穿过阳极后，在聚焦线圈和偏转线圈的作用下，准确地轰击到结晶器内的底锭和物料上，使底锭被熔化形成熔池，物料也不断地被熔化滴落到熔池内，从而实现熔炼过程，这就是电子束熔炼原理。图1是电子束熔炼原理示意图。电子束炉的加速电压一般使用在三万伏左右，引起的X射线损失最大不超过0.5%，二次发射电子的损失会更少。所以电子束的能量几乎是全部由电能转换为动能，再由动能转换为热能。电子的运动速度V(km/s)可由下式确定:

W=593v(km/s)

式中v为加速电压，V。

电子束熔炼的工艺特点是在高真空环境下进行熔炼(熔炼真空度一般在10至10Pa)，熔炼时熔池的温度及其分布可控，熔池的维持时间可在很大的范围内调整;熔炼是在水冷铜坩埚(结晶器)内进行的，可以有效地避免金属液被耐火材料污染。因此可以说，电子束熔炼为一些金属材料、特别是难熔金属提供了一种不可缺少的精炼手段。