В объемных резонаторах различное число стоячих волн может укладываться не в одном направлении, а вдоль любого из трех размеров. Так как эти размеры могут находиться между собой в любом соотношении, то резонансные частоты объемного резонатора нельзя назвать гармониками. Они не обязательно в целое число раз больше основной частоты. 
Прямоугольный или цилиндрический объемный резонатор можно рассматривать как короткий волновод, закрытый с обоих концов металлическими стенками. Вдоль него бегущие волны распространяться не могут, и поэтому режим стоячих волн получится не только в поперечном сечении, но и в продольном направлении. Резонанс будет наблюдаться на частотах, для которых вдоль волновода укладывается целое число полуволн.
Для простейшего типа колебаний, характерно то, что собственная частота не зависит от высоты резонатора h, а определяется только его диаметром D:

.

Тороидальные резонаторы находят широкое применение в электровакуумных приборах сверхвысоких частот, главным образом в клистронах. Так же похожая конструкция резонаторов применяется в некоторых типах высокодобротных резонансных разрядников, предназначаемых для защиты приемника и блокировки передатчика в ответвительных антенных переключателя.

Размеры полых (объемных) резонаторов могут быть по всем трем направлениям соизмеримы с длиной волны. Поэтому, подоб­но волноводам, полые резонаторы должны рассматриваться с по­мощью теории поля, как системы с распределенными постоян­ными

Основное отличие полого резонатора от волновода, работающе­го в режиме бегущей волны, заключается в характере граничных условий. Электромагнитное поле, создаваемое внутри резонатора, ограничено со всех сторон металлическими стенками, в то время как волновод всегда открыт в одном или двух направлениях, в результате интерференции волн при многократных отражениях от стенок в полом резонаторе устанавливается стоячая волна.

Построение теории полых резонаторов требует нахождения корней, волнового уравнения при граничных условиях, определяе­мых формой п геометрическими размерами резонатора. Проводи­мость стенок можно принять для начала бесконечно большой, как и в теории волноводов. Таким образом, в качестве исходных могут быть снова использованы уравнения:

с граничными условиями, учитывающими равенство нулю танген­циальной составляющей электрического поля ни поверхности стенок резонатора.

Рис.4 – Варианты эквивалентной схемы полого резонатора

С практической точки зрения основной интерес представляют также полости и такие комбинации поля в них, которые в некото­ром сечении в пределах заданного диапазона частот по своим свойствам сходны с простыми колебательными контурами. Из со­ображений удобства расчетов подобных систем целесообразно представить любой сколь угодно сложный полый резонатор в виде эквивалентного колебательного контура с сосредоточенными постоянными. Поэтому, начиная рассмотрение полых резонаторов, уместно поставить вопрос о возможности получения эквивалентной схемы резонатора и виде обычного резонансного контура на индуктивности, емкости и активного сопротивления пли активной проводимости. Введение эквивалентной схемы полого резонатора не должно снимать вопроса о расчете конкретных типов резонаторов методами теории поля. Эквивалентная схема полого резонатора должна быть лишь способом удобного и наглядного изображения его свойств.