霓虹灯是靠充入玻璃管内的低压惰性气体，在高压电场下冷阴极辉光放电而发光。霓虹灯的光色是由充入惰性气体的光谱特性决定：光管型霓虹灯充入氖气，霓虹灯发红色光；荧光型霓虹灯充入氩气及汞，霓虹灯发蓝色、黄色等光，这两大类霓虹灯都是靠灯管内的工作气体原子受激辐射发光。
霓虹灯是依靠灯光两端电极头在高压电场下将灯管内的稀有气体击燃，它不同于普通光源必须把钨丝烧到高温才能发光，造成大量的电能以热能的形式被消耗掉，因此，用同样多的电能，霓虹灯具有更高的亮度。
高压变压器
它是接在霓虹灯管电路中的稳流装置，它与灯管组成一组完整的霓虹灯。辉光放电在电性能上有如下特点：一是需较高的着火电压和较低的工作电压，二是具有负伏安特性使得放电无法稳定。采用漏磁式高压变压器或电子式升压变压器都可为灯管提供高达15}V的电压使灯着火启辉，气体一开始放电，电压会马上跌落至一恒定值，维持灯管正常辉光放电于一稳定状态。
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。这些激发出来的电子，在高电压电场中被加速，并与灯管内的气体原子发生碰撞。