Tecnologia de tubo de vácuo requer uma grande quantidade de eletricidade. O computador ENIAC (1946) tinha mais de 17.000 tubos e sofria uma falha no tubo (que levaria 15 minutos para localizar) em média a cada dois dias. Em funcionamento o ENIAC consumiu 150 kilowatts de energia, dos quais 80 kilowatts foram usados para aquecimento de tubos, 45 kilowatts para fornecimento de energia DC, 20 kilowatts para ventiladores e 5 kilowatts para equipamento auxiliar de cartão perfurado.
Porque a falha de qualquer um dos milhares de tubos em um computador poderia resultar em erros, a confiabilidade dos tubos era de grande importância. Tubos de qualidade especial foram construídos para serviço de computador, com padrões mais elevados de materiais, inspeção e testes do que tubos receptores padrão.
Um efeito da operação digital que raramente aparecia nos circuitos analógicos era o envenenamento por cátodo. Tubos de vácuo que operavam por longos intervalos sem corrente de placa desenvolveriam uma camada de alta resistividade nos cátodos, reduzindo o ganho do tubo. Para evitar este efeito, eram necessários materiais especialmente seleccionados para os tubos de computador. Para evitar tensões mecânicas associadas ao aquecimento dos tubos à temperatura de funcionamento, muitas vezes os tubos aquecedores tinham sua voltagem total de funcionamento aplicada lentamente, durante um minuto ou mais, para evitar fraturas relacionadas a tensões dos aquecedores catódicos. A energia do aquecedor poderia ser deixada ligada durante o tempo de espera da máquina, com as placas de alta tensão desligadas. Os testes marginais foram incorporados nos subsistemas de um computador com tubo de vácuo; ao baixar as tensões das placas ou do aquecedor e ao testar o funcionamento adequado, os componentes em risco de falha prematura puderam ser detectados. Para regular todas as tensões de alimentação e evitar que surtos e quedas da rede elétrica afetassem o funcionamento do computador, a energia foi derivada de um conjunto motor-gerador que melhorou a estabilidade e a regulação das tensões de alimentação.
Dois tipos amplos de circuitos lógicos foram usados na construção de computadores com tubo de vácuo. O tipo “assíncrono” ou acoplado diretamente, DC, usou apenas resistores para conectar entre os portões lógicos e dentro dos próprios portões. Os níveis lógicos foram representados por duas tensões amplamente separadas. No tipo de lógica “síncrona” ou de “pulso dinâmico”, cada estágio era acoplado por redes de pulso, como transformadores ou capacitores. Cada elemento lógico tinha um pulso de “relógio” aplicado. Os estados lógicos eram representados pela presença ou ausência de pulsos durante cada intervalo de relógio. Os projetos assíncronos podiam operar mais rapidamente, mas exigiam mais circuitos para proteger contra as “corridas” lógicas, já que diferentes caminhos lógicos teriam diferentes tempos de propagação desde a entrada até a saída estável. Os sistemas síncronos evitavam este problema, mas precisavam de circuitos extra para distribuir um sinal de relógio, que poderia ter várias fases para cada fase da máquina. Os estágios lógicos acoplados diretamente eram um pouco sensíveis ao desvio nos valores dos componentes ou pequenas correntes de fuga, mas a natureza binária da operação dava aos circuitos uma margem considerável contra o mau funcionamento devido ao desvio. Um exemplo de um cálculo de “pulso” (sincrônico) foi o Whirlwind do MIT. Os computadores IAS (ILLIAC e outros) usavam estágios lógicos assíncronos, acoplados diretamente.
Computadores de tubo usavam principalmente triodos e pentodes como elementos de comutação e amplificação. Pelo menos um tubo de comutação especialmente concebido tinha duas grelhas de controlo com características semelhantes, o que lhe permitiu implementar directamente uma porta E duas entradas. Por vezes utilizavam-se os Thyratrons, por exemplo, para a condução de dispositivos de E/S ou para simplificar a concepção de trincos e registos de retenção. Muitas vezes os computadores de tubo de vácuo fizeram uso extensivo de díodos de estado sólido (“cristal”) para executar funções lógicas AND e OR, e só usaram tubos de vácuo para amplificar sinais entre estágios ou para construir elementos como flip-flops, contadores e registros. Os diodos de estado sólido reduziram o tamanho e o consumo de energia da máquina em geral.