Трубка имеет на концах два электрода, нагревающихся до 900-1000 градусов, вследствие чего в трубке образуется множество электронов, ускоряемых приложенным напряжением, которые сталкиваются с атомами аргона и ртути. В парах ртути возникает низкотемпературная плазма, которая преобразуется в ультрафиолетовое излучение.

Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором, который преобразует ультрафиолетовое излучение в видимый свет. К электродам подводится переменное напряжение, поэтому их функция постоянно меняется: они становятся то анодом, то катодом. Генератор подводимого к электродам напряжения работает на частоте в десятки килогерц, поэтому энергосберегающие лампы, по сравнению с обычными люминесцентными лампами, не мерцают.