Металлы состоят из ионов, занимающих узлы кристаллической решетки, и бывших валентных электронов, которые при образовании металла отрываются от своих атомов и образуют так называемый электронный газ (или газ свободных электронов). Система электронов в металле даже при температурах в тысячи градусов  вырождена, т.е. поведение этих электронов не подчиняется приближенным законам классической ньютоновской механики, а подчиняется законам квантовой механики. Однако для объяснения (по крайней мере, качественного) некоторых свойств грубые классические законы все же могут быть применены.

Электроны сравнительно свободно движутся внутри металла с большими скоростями, однако покинуть металл они не могут: этому мешают в основном две причины.

Во-первых, весь металл электронейтрален, и если вдруг какой-то отрицательно заряженный электрон покидает его, то металл заряжается положительным зарядом и притягивает к себе покинувший его электрон, заставляя его возвращаться назад. С макроскопической точки зрения это выглядит так, как будто электрон индуцирует на поверхности металла заряд противоположного знака;  возникающие при этом силы, препятствующие вылету электрона, называют силами электрического изображения.

Во-вторых, электроны гораздо легче и подвижнее ионов решетки, и поэтому при своем движении внутри металла они немного вылетают за пределы его границы. При этом образуется так называемый двойной электрический слой – что-то вроде конденсатора, положительную обкладку которого образуют ионы, а отрицательную – вылетевшие за их пределы электроны. Этот двойной слой тормозит движение следующих электронов и препятствует их вылету с поверхности металла. Обе эти причины по степени своего проявления примерно равноправны.

Таким образом, чтобы электрон смог покинуть пределы металла, ему необходимо преодолеть поле сил изображения и двойного электрического слоя, подобно тому, как брошенному с поверхности планеты телу необходимо преодолеть гравитационное поле этой планеты, чтобы ее покинуть. Для этого данное тело  должно иметь энергию, соответствующую второй космической скорости; покидающий металл электрон тоже должен иметь достаточно большую скорость и энергию.

Величина энергии, которую должен иметь электрон для ухода из металла, называется работой выхода. Она зависит от вида металла: сравнительно мала для щелочных металлов и достаточно велика для тугоплавких металлов типа вольфрама или молибдена. Работа выхода по порядку величины составляет несколько электронвольт.