Darstellung der Kathodenstrahlröhre in einem Analogoszilloskop.
Ein Analogoszilloskop basiert auf einer Elektronenstrahlröhre. Das Prinzip ist ähnlich zu alten Fernsehern, wo diese Röhren Bildröhren genannt werden: Ein Heizelement erhitzt zunächst einen Wolframdraht. Dadurch werden Elektronen aus dem Draht "herausgeschleudert". Eine positive Spannung an der Anode beschleunigt die Elektroden. Sie passieren das Loch der Anode. Eine vertikale Y-Ablenkung wird durch einen Plattenkondensator erreicht. Das zu messende Signal wird an den vertikalen Plattenkondensator angelegt. Je nach Spannung werden die Elektronen nach oben oder unten gedrückt, sie folgen dem zu messenden Spannungssignal. In X-Richtung erfolgt die Ablenkung durch einen um 90° gedrehten Plattenkondensator, an dem eine Sägezahnspannung anliegt. Dadurch wird der Strahl immer von links nach rechts abgelenkt. Eine detaillierte Beschreibung der Elektronenstrahlröhre ist im Abschnitt Aufbau und Funktionsweise gegeben.
Ein Analogoszilloskop benötigt intern eine Vielzahl von Einstellparametern (Spannungsverstärkung an den Plattenkondensatoren) sowie eine schwere und komplexe Bildröhre (Vakuumtechnik). Wegen der hohen Herstellkosten und der komplizierteren Handhabung wurden sie heute weitgehend durch Digitaloszilloskope verdrängt. Heute werden sie nicht mehr hergestellt. Im Hobbybereich sind sie jedoch nach wie vor interessant und günstig im Gebrauchthandel zu erstehen.