當外電源電路接通後，變壓器輸出端就會產生幾千伏甚至上萬伏的高壓。當這一高壓加到霓虹燈管兩端電極上時，霓虹燈管內的帶電粒子在高壓電場中被加速並飛向電極，能激發產生大量的電子。這些激發出來的電子，在高電壓電場中被加速，並與燈管內的氣體原子發生碰撞。當這些電子碰撞遊離氣體原子的能量足夠大時，就能使氣體原子發生電離而成為正離子和電子，這就是氣體的電離現象。帶電粒子與氣體原子之間的碰撞，多餘的能量就以光子的形式發射出來，這就完成了霓虹燈的發光點亮的整個過程。

燈光色彩 管內氣體 玻璃管或熒光粉顏色

紅色 無色

火黃 氖 奶黃色

桔紅 綠色

玫瑰色 藍色

藍色 藍色

綠色 綠色

白色 氬、少量 白色

奶黃 汞 奶黃

玉色 玉色

淡玫色 淡玫色

金黃 金黃管+奶黃粉

淡綠 綠、白混合粉