Sóng điện từ, ngoài việc thỏa mãn các phương trình Maxwell khi lan truyền, còn phải thỏa mãn các điều kiện biên trên bề mặt tiếp giáp với thành ống. Với ống có thành dẫn điện lý tưởng, các điều kiện biên này bao gồm:

• Điện trường vuông góc với bề mặt thành ống tại ngay sát bề mặt này.
• Từ trường song song với bề mặt thành ống tại ngay sát bề mặt này.

Hệ phương trình vi phân tạo bởi các phương trình Maxwell và các điều kiện biên trên có các hàm riêng ứng với các trị riêng khác nhau, chính là các mode lan truyền của sóng trong ống kim loại.

Các nghiệm này phụ thuộc bước sóng và trạng thái phân cực của sóng điện từ, cũng như hình dạng và kích thước của ống dẫn sóng. Theo phương vuông góc với chiều lan truyền, các mode ứng với các trạng thái sóng dừng khác nhau, phân bổ thành các cực đại và cực tiểu của dao động trên thiết diện ống. Các lớp nghiệm cơ bản (các mode) là:

• TE (điện trường ngang): không có điện trường hướng theo phương dọc đường lan truyền.
• TM (từ trường ngang): không có từ trường hướng theo phương dọc đường lan truyền.
• TEM (điện từ trường ngang): không có từ trường và điện trường hướng theo phương dọc đường lan truyền.
• Có từ trường và điện trường hướng theo phương dọc đường lan truyền.

Trong ống dẫn sóng kim loại rỗng, sóng TEM không tồn tại (vì nếu trường hợp này xảy ra thì các phương trình Maxwell cho thấy điện trường hoàn toàn bằng 0 và không có sóng điện từ). Tuy nhiên, sóng TEM có thể lan truyền trong cáp đồng trục.

Tại các mode lan truyền trên, tần số cộng hưởng (tức tần số mà tại dấy sóng có thể lan truyền mà ít bị hấp thụ) là hàm số phụ thuộc vào 2 số nguyên (thường ký hiệu là m và n) và các mode lan truyền ứng với các tần số này thường được ký hiệu với chỉ số dưới là các số nguyên này (TEm,n, TMm,n,...). Trong số các tần số này, có tần số thấp nhất được gọi là tần số tới hạn. Với sóng lan truyền trong ống kim loại có thiết diện là hình chữ nhật, tần số này ứng với mode TE1,0; trong ống kim loại có thiết diện là hình tròn, tần số này ứng với mode TE1,1.

Trong ống dẫn sóng bằng điện môi đặc (như trong cáp quang), cũng có các mode lan truyền tương tự.