Fluorescentne svjetiljke su daleko složenijeg dizajna od žarulja sa žarnom niti i učinkovitije. Žarulja sa žarnom niti generira vrlo malo svjetla u odnosu na količinu topline koju stvara, trošeći mnogo energije. Fluorescentne žarulje troše vrlo malo energije i općenito traju do šest puta dulje od žarulja sa žarnom niti. Cjevastog su dizajna, s poklopcima koji imaju po dva vanjska klina. Unutrašnjost staklene cijevi je praškasto premazana fosforom, a unutar žarulje se stavlja i mala kap žive koja je punjena plinom argonom. Elektroda na oba kraja spaja se na električne krugove.
Osnovno razumijevanje načina na koji nastaje svjetlost je od pomoći. Atomi imaju negativno nabijene elektrone koji kruže oko jezgre na različitim udaljenostima. Kada atom apsorbira dovoljno energije, može uzrokovati da jedan od elektrona skoči na višu orbitu. Kako elektron gubi energiju, on se vraća na svoju prethodnu orbitu. Kada to učini, emitira foton svjetlosti. Ključ za proizvodnju svjetlosti je u tome da su atomi dovoljno uzbudljivi da izbace elektrone iz njihovih orbita.
Kada struja teče kroz elektrode u fluorescentnim svjetlima, ona proizvodi naboj koji uzrokuje da slobodni elektroni putuju kroz cijev ispunjenu plinom od jedne elektrode do druge. Ova energija isparava mali dio žive unutar cijevi. Elektroni i ioni (nabijeni atomi) sudaraju se s plinovitim atomima žive, koji zauzvrat oslobađaju ultraljubičaste (UV) fotone.
Kako ljudi ne mogu vidjeti UV svjetlo, postoji još jedan korak u razrađenom dizajnu fluorescentnih žarulja. Ključni su u fosfornom premazu koji oblaže unutarnju staklenu cijev. Kada je fosfor izložen UV svjetlu, on apsorbira energiju i zrači je natrag kao vidljivo svjetlo. Tu se fluorescentna svjetla ističu u odnosu na žarulje sa žarnom niti, jer se UV energija izgubljena kao izgubljena toplina u tradicionalnoj žarulji umjesto toga pretvara u vidljivo svjetlo.
Budući da su atomi općenito stabilni s neutralnim nabojem i postaju nabijeni ili ionizirani tek kada dobiju ili izgube elektron, fluorescentna svjetla imaju različite mehanizme pokretanja kako bi se kuglica kotrljala unutar cijevi. Starija svjetla koristila su mehanizam prekidača za pokretanje kojemu je ponekad bila potrebna minuta ili tako da potpuno ionizira plin. U međuvremenu bi svjetlo treperilo. Današnje žarulje imaju ionizirajući okidač ugrađen u balast, što je mali uređaj koji kontrolira električnu struju koja hrani elektrode.
Struktura atoma diktira vrstu proizvedenog fotona, a time i valnu duljinu ili boju svjetlosti. Iako su fluorescentne žarulje puno učinkovitije od žarulja sa žarnom niti i traju mnogo dulje, ljudi općenito preferiraju svjetlost staromodnih žarulja u kući, jer je bliža crvenoj valnoj duljini. Zbog toga izgleda “toplije”. Svijetli sjaj fluorescentnih žarulja pomaknut je prema “hladnijem”, plavom spektru. Novinske žarulje dizajnirane za kućnu upotrebu često koriste mješavinu fosfora koja daje toplije svjetlo od starijih fluorescentnih žarulja.