Elektrony poruszając się dalej w kierunku drugiego rezonatora grupują się – elektrony szybsze doganiają wolniejsze – następuje ogniskowanie fazowe i do rezonatora wyjściowego dolatują "paczkami", a nie jako jeden ciągły strumień.
Strumień elektronów o zmiennym natężeniu wzbudza w obwodzie wyjściowym kosztem swojej energii pole elektromagnetyczne, które może zostać wyprowadzone na zewnątrz jako wzmocniony sygnał użyteczny. Po opuszczeniu rezonatora wyjściowego elektrony dolatują do kolektora. Ze względu na fakt, że obwody wejściowe i wyjściowe mają charakter rezonatorów, klistron jest lampą wąskopasmową – potrafi pracować tylko na częstotliwości zbliżonej do tej, dla której został zaprojektowany.
Aby zwiększyć wzmocnienie klistronu można pomiędzy rezonator wejściowy i wyjściowy wprowadzić jeden lub kilka rezonatorów pośrednich. Układ taki jest równoważny dwom (lub więcej) klistronom dwuobwodowym połączonym szeregowo, przy czym rezonator pośredni jest jednocześnie obwodem wyjściowym pierwszego klistronu i wejściowym następnego. Taka konstrukcja nosi nazwę klistronu wieloobwodowego (wielownękowego).
Podstawowe właściwości klistronów: