Плазмотрон состоит из охлаждаемых водой катода и анода, смонтированных в рукоятке. Катод обычно изготовляют из вольфрама или лантанированного вольфрама (вольфрамовые стержни с присадкой 1-2% окиси лантана), анод (сопло) — из меди (водоохлаждаемое сопло). Катод и анод изолированы друг от друга прокладкой из изоляционного материала (асбеста).Для получения плазменной струи между катодом и анодом возбуждают электрическую дугу от источника постоянного напряжения 80-100 В. Электрическая дуга, горящая между катодом и анодом, нагревает подаваемый в плазмотрон газ до температуры плазмы, т. е. до состояния электропроводности. В поток нагретого газа вводится материал для сварки и наплавки. Образующиеся расплавленные частицы материала выносятся потоком горячего газа из сопла и наносятся на поверхность изделия.

В качестве плазмообразующих газов используют аргон и азот. Аргонная плазма имеет более высокую температуру — 15 000-30 000 °С, температура азотной плазмы ниже — 10 000-15 000 °С. Применение нейтральных газов способствуют предотвращению окисления материалов.

В зависимости от подключения плазматрона к источнику питания плазменная дуга может быть открытой, закрытой и комбинированной.

При открытой плазменной дуге ток течет между вольфрамовым электродом и деталью. Плазмообразующий газ совпадает с дуговым разрядом на всем пути его следования от катода до анода. Такой процесс сопровождается передачей большого количества тепла детали. Открытая плазменная дуга применяется при резке металлов.