Сверхчувствительный аппарат мгновенно реагировал на ничтожные изменения ёмкости колебательного контура, менявшейся от положения руки относительно антенн прибора, изменяя тем самым частоту выдаваемого звука. Оператор должен иметь если не абсолютный, то хотя бы музыкальный слух, то бишь быть всё-таки музыкантом. Вертикальная прямая антенна отвечает за тон звука, а горизонтальная подковообразная рулит громкостью. Исполнитель не касается инструмента руками, поэтому фиксированное положение рук для извлечения нужного звука (ноты) может быть исполнено только по слуху.

Электромагнитные волны регистрировались с помощью приёмного вибратора (резонатора), представляющего собой такое же устройство, как и излучающий вибратор. Под действием переменного электрического поля электромагнитные волны в приёмники возбуждали колебания тока. Если собственная частота приёмника совпадала с частотой электромагнитной волны, наблюдался резонанс. Колебания в резонаторе происходили с большой амплитудой при расположении его параллельно излучающему вибратору.

Инструмент предназначен для исполнения любых (классических, эстрадных, джазовых) музыкальных произведений в профессиональной и самодеятельной музыкальной практике, а также для создания различных звуковых эффектов (пение птиц, свист и др.), которые могут найти применение при озвучивании кинофильмов, в театральных постановках, цирковых программах. Сам Лев Термен считал, что самое удачное произведение для демонстрации возможностей терменвокса «Вокализ» С. Рахманинова. Как гласит Большая Советская Энциклопедия: «Терменвокс может звучать как скрипка, виолончель, флейта и так далее, где тембр звука определяется режимом работы генератора».

В ноябре 1920 года на заседании кружка механиков имени профессора Кирпичёва физик Термен дал свой первый концерт. В марте 1922 года Л.С. Термен и член коллегии Наркомпочтеля председатель Радиосовета А.М. Николаев приехали в Кремль к В.И. Ленину для показа инструмента. Термен после собственноручного исполнения «Этюда» Скрябина, «Лебедя» Сен-Санса стал помогать Ленину играть на терменвоксе «Жаворонка» Глинки и, заодно, стал продвигать свою разработку новой сигнализации, принцип работы коей был схож с работой терменвокса. Высоко оценив перспективы изобретения, Ленин написал записку наркомвоенмору Льву Троцкому: «Обсудить, нельзя ли уменьшить караулы кремлёвских курсантов посредством введения в Кремле электрической сигнализации? Один инженер, Термен, показывал нам в Кремле свои опыты…». В результате, несмотря на все трудности того времени, был подписан декрет о создании физико-технического отдела при Государственном рентгенологическом и радиологическом институте, где изобретатель продолжил свои исследования.

Существует несколько разновидностей терменвокса, различающихся конструкцией. В настоящее время существуют как серийные так и мастеровые терменвоксы, а также существуют школы игры на нём. Если в первых моделях созданных самим Терменом, две антенны — левая рука управляет громкостью звука, а правая рука высотой, то в модернизированной конструкции высота звука по-прежнему регулируется правой рукой, но левая рука управляет общими характеристиками звука при помощи кнопочного манипулятора, громкость звука регулируется педалью.

Техникой игры на втором типе терменвокса виртуозно владел первый официальный исполнитель Константин Ковальский. Лев Дмитриевич Королёв ввел целый ряд принципиально новых решений и усовершенствований, благодаря которым терменвокс стал гораздо более удобным в обращении. Появился визуализатор пространственного грифа: шкала, на которой отображается высота звука, соответствующая положению руки. Это позволяет значительно легче по сравнению с прежними моделями найти нужную ноту, что очень важно в начале игры или при игре с ансамблем. Стабильность музыкального строя в модели Королева более не зависит от влажности, полностью отсутствуют уходы музыкального строя. Введено устройство выравнивания мензуры грифа, расширен набор тембров.

Итак, классический тип терменвокса — это первые «аристократические» модели, созданные самим Терменом. Управление звуком происходит в результате свободного перемещения рук исполнителя в электромагнитном поле вблизи двух металлических антенн. Исполнитель играет стоя. Изменение высоты звука достигается путём приближения руки к правой антенне, в то время как громкость звука управляется за счёт приближения другой руки к левой антенне. Именно эта модель терменвокса получила самое широкое распространение в мире и, безусловно, является уникальным оригинальным двуличным инструментом. Существует целый ряд фирм, производящих инструменты этого типа.

Было создано несколько концертных моделей: для Клары Рокмор — одной из первых учениц Льва Термена — и Люси Розен в Америке. Именно эти модели терменвокса получили самое широкое распространение в мире. В России Лев Термен создал несколько концертных моделей специально для Натальи Термен. Признанным в мире экспертом является исполнитель-виртуоз и родственница Льва Термена Лидия Кавина. Лидия Кавина и берлинский исполнитель Барбара Буххольц совместно создали международный проект «Touch! Don’t Touch!» в 2006 году, в рамках которого четыре российских и пять немецких композиторов сочиняли современную музыку для терменвокса. Два инструмента было создано для музеев: терменвоксы хранятся в Политехническом музее и Центральном музее музыкальной культуры в Москве.

Модифицированные терменвоксы — инструменты, потерпевшие изменения в связи с их доработкой. Например, терменвокс «Etherwave», разработанный Робертом Мугом, является терменвоксом-конструктором. Можно легко построить собственный «Etherwave» из специального набора деталей. При этом не требуется никаких специальных знаний из области электроники. Кроме того, «Moog Music» поставляет и собранные инструменты серии Etherwave различных модификаций. Основная плата собрана и настроена на фабрике. В комплект входят также никелированные антенны, деревянный корпус и внешний блок питания.

Терменвокс от фирмы «Paia» представляет собой терменвокс-конструктор, контроллер аналоговых синтезаторов. Терменвокс «T-vox tour», разработанный мужем российской исполнительницы на терменвоксе Лидии Кавиной Георгием Павловым, был выпущен ограниченным тиражом. Инструмент отличает оригинальный тембр, диапазон 8 октав. На «T-VOX» играют Барбара Буххольц, Лидия Кавина, Олеся Ростовская, Анастасия Лопатина.

Терменвокс «Classic», разработанный Андреем Смирновым, построен по классической схеме терменвокса. Благодаря использованию современной элементной базы инструмент отличается малым весом, высокой стабильностью и линейностью рабочего диапазона, надёжностью и выносливостью. Использование оригинальной схемотехники позволило, оставаясь в рамках классического дизайна, решить проблему стаккато и быстрой динамики. Эффективный рабочий диапазон инструмента в 6 октав и имеет плавную регулировку тембра.

В терменвоксе системы Константина Иоилевича Ковальского — первого исполнителя и ассистента Льва Термена — высота звука по-прежнему регулируется правой рукой, в то время как левая рука управляет общими характеристиками звука при помощи кнопочного манипулятора, громкость звука регулируется педалью. Исполнитель играет сидя. Сам Константин Ковальский (1890-1976) виртуозно владел техникой игры на этом типе терменвокса. Эта модель не получила столь широкого распространения, как классический терменвокс, тем не менее, традиция продолжается благодаря ученикам и коллегам К. Ковальского — Льву Королёву и Зинаиде Александровне Дугиной-Раневской, создавшим в Москве свою школу. Конструктор Лев Королёв (1930-2012) в течение многих лет развивал и совершенствовал терменвоксы этой системы. Им же был создан инструмент-разновидность терменвокса «Тершумфон», звук которого представлял собой узкополосный шум с ярко выраженной звуковысотностью и вдобавок создал визуализатор — оптический индикатор текущей ноты терменвокса. На нём играли Ольга Миланич, Петр Термен и другие. Эта модель, в отличии от классического терменвокса, не получила столь широкого распространения, как хотелось бы.

Существуют так же терменвоксы виртуальные — это аналоги терменвокса в виде приложений, которые встречаются преимущественно на смартфонах и КПК, оборудованных сенсорными дисплеями. Программа российского программиста Александра Золотова «SunVox» имеет данную функцию как дополнительную для быстрой проверки (удобно задать несколько, например, пять-восемь октав на экране) фильтров и других частотнозависимых элементов создаваемых инструментов. Использовать этот инструмент в самой композиции, создаваемой в «SunVox», нельзя. Виртуальный терменвокс представляет собой подобие графика координат, перемещая стилус или палец по которому, можно извлекать звуки. Аналогично использованию настоящего терменвокса, перемещение по горизонтали экрана меняет высоту звука, а передвижение по вертикали изменяет его громкость.

Однако, пользуясь данным режимом на КПК с достаточно высоким разрешением экрана можно, если разбить экран на 1 или 2 октавы, играть не только для забавы. Практика показывает, что можно играть вокальные партии. Использовать амплитудное и частотное вибрато, которое, кстати, и придаёт выразительность звучанию реального терменвокса. Два вида вибрато удобно вводить, делая стилусом непрерывные движения по окружности или эллипсу. Подобному использованию «SunVox» способствует и наличие формантных фильтров. Ну а записать звук на выходе, разумеется, можно и нужно.