Das Wort „fluoreszierend“ bezieht sich auf die Eigenschaft einiger Materialien, Licht zu emittieren, wenn sie ultravioletter Strahlung ausgesetzt werden. Das Phänomen ist nach Kalziumfluorid benannt, einer natürlich vorkommenden chemischen Verbindung von Fluor, welche diese Eigenschaft aufweist.
Leuchtstoffröhren enthalten an beiden Enden Elektroden. Innerhalb der Röhren sind Wolframfäden, die mit einer emittierenden Substanz beschichtet sind, welche bei hohen Temperaturen Elektronen abgibt. In der Röhre befindet sich unter niedrigem Druck stehender Quecksilberdampf, der sich entlädt und Fluoreszenz erzeugt, die wiederum sichtbares Licht erzeugt. An den Innenwänden der Röhre wird fluoreszierendes Pulver abgeschieden, in den meisten Fällen Zink-, Beryllium- oder Cadmium-Silikate, aber auch Magnesium- und Kalziumwolframat oder Cadmium-Borat.
Nachdem sich das fluoreszierende Gemisch an den Wänden der Röhre abgelagert hat, wird die Luft entfernt und die Röhre luftdicht verschlossen; anschließend werden Edelgase (Neon, Argon) und kleine Mengen flüssigen Quecksilbers in das Innere der Röhre gegeben. Die beiden Stifte an beiden Enden bilden einen Durchgang für die Elektroden. Sobald die Glühfäden erhitzt sind, hat die Leuchtschicht die Eigenschaft, die Energie der ultravioletten Strahlung zu absorbieren, die durch die elektrische Entladung in Quecksilber- und Argondampf bei niedrigem Druck erzeugt wird.
Zwei weitere wesentliche Komponenten für den Betrieb von Leuchtstofflampen sind der Starter und das Vorschaltgerät. Der Starter bringt die Elektroden zum Glühen; sobald die Lampe eingeschaltet ist, schaltet der Starter auch den Heizstrom ab, da er nicht mehr benötigt wird. Das Vorschaltgerät erzeugt an den Rohrklemmen eine Stoßspannung, die notwendig ist, um den Lichtbogen im Gasgemisch im Inneren zu zünden, und begrenzt dann den Strom durch die Röhre, während es einen stabilen Betrieb der Röhre ermöglicht.