当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时，霓虹灯管内的带电粒子在高压电场中被加速并飞向电极，能激发产生大量的电子。在可能的情况下，霓虹灯的灯管应尽量长一些，内径要小一些，尽量提高正柱区压降在灯管总压降中的比例以提高光效。霓虹灯管是一个两端有电极的密封玻璃管，其中填充了一些低气压的气体。几千伏的电压施加在电极上，电离管中的气体使其发出光。光的颜色取决于管中的气体。
霓虹灯在连续工作不断电的情况下，寿命达一万小时以上，这一优势是其他任何电光源都难以达到的。在可能的情况下，霓虹灯的灯管应尽量长一些，内径要小一些，尽量提高正柱区压降在灯管总压降中的比例以提高光效。霓虹灯是一种低气压冷阴极辉光放电灯。它的结构和部件为正常辉光放电提供保证，其中的工作物质为得到所需要的光色提供可能。
它依靠正离子轰击阴极使阴极发射二次电子来维持放电，故需一定的阴极位降为正离子加速提供能量，阴极位降大小约100V—200V。随着中国经济的飞速发展，霓虹灯的品种、规格也已基本系列化，可供各种用途的选择，其质量已逐步向国际水平靠拢。在技术不断创新的时代，霓虹灯的制造技术及相关零部件的技术水平也在不断进步。新型电极、新型电子变压器的应用，使霓虹灯的耗电量大大降低，由每米灯管耗电56瓦降到每米灯管耗电12瓦。