ハロゲンランプが光る原理は白熱電球と同じで、内部の
フィラメントに通電し、これを白熱させた際の発光を利用する。一般の白熱電球より明るくなるのは、フィラメントが白熱する際の温度が高いためである。通常の白熱電球の場合に比べ、後述の理由によりフィラメントの温度を高く設定しても実用的な寿命を得ることができる。白熱電球の場合は、フィラメントの温度が2500℃ - 2650℃程度であるが、ハロゲンランプでは2700℃以上と高く、その分だけ明るくなる。光の色が白熱球で赤みを帯びているのに対し、ハロゲンランプでは白いのは、フィラメントの温度の差を表している。
フィラメントは、通常のガス入り白熱電球同様
タングステン (W) である。高温になり白熱するとタングステンが
昇華する。しかし、ハロゲンランプでは、昇華して
ガラスに
析出したタングステンがハロゲン (X) と
化合しハロゲン化タングステン (WX
2) を形成する。この物質の蒸気圧は比較的高いので
蒸発し再びフィラメント部に戻る。フィラメント近辺で1400℃以上になるとハロゲンとタングステンが分離し、タングステンがフィラメントに戻る。この一連の
化学変化を
ハロゲンサイクルと呼ぶ。この反応によりタングステンの蒸発によるフィラメントの折損が抑制されるため、一般の白熱電球に比べ50%程度明るい電球、あるいは約10倍といわれる長寿命の電球が実現できるようになった。