een laag in een fotocel, opneembuis of een beeldomvormer, waaraan door foto-emissie elektronen worden vrijgemaakt.
Een belangrijke eigenschap van de fotokathode is het quantumrendement: de verhouding tussen het aantal geëmitteerde elektronen en opvallende fotonen; deze kan ruim 0,2 bedragen. De spectrale gevoeligheid geeft de grootte van de geëmitteerde stroom aan in afhankelijkheid van de golflengte van de straling. Andere belangrijke eigenschappen zijn de homogeniteit van de laag en de donkerstroom. Fotokathoden kunnen ondoorzichtig of semi-transparant zijn; zij bestaan uit een complex van stoffen. Een fotokathode die gevoelig is voor het zichtbare deel van het spectrum wordt gevormd uit een materiaal met een lage uittreedpotentiaal, meestal een mengsel van aardalkalimetalen. De spectrale gevoeligheid wordt aan de langgolvige zijde nul bij de grensfrequentie (zie Foto-emissie).
Bij grotere frequenties neemt de foto-emissie toe, bereikt een maximum en neemt daarna weer af, hetgeen veroorzaakt wordt door het feit dat energierijke fotonen dieper in het materiaal dringen, waardoor de vrijgemaakte elektronen moeilijker de oppervlakte kunnen bereiken. Uiteraard hangt de spectrale gevoeligheid van een foto-elektrisch element mede af van de eigenschappen van het glas waarvan de omhulling is gemaakt. Kwarts wordt bijv. toegepast als venster indien gevoeligheid voor ultraviolette straling wordt gewenst.