Lysrör är mycket mer komplexa i design än glödlampor och mer effektiva. En glödlampa genererar väldigt lite ljus i förhållande till mängden värme den genererar, vilket slösar mycket energi. Lysrör slösar mycket lite energi och håller i allmänhet upp till sex gånger längre än glödlampor. De är rörformiga i design, med lockade ändar som har två externa stift vardera. Insidan av glasröret är pulverlackerat med fosfor och en liten droppe kvicksilver placeras också inuti glödlampan som är fylld med argongas. En elektrod i vardera änden ansluter till elektriska kretsar.
En grundläggande förståelse för hur ljus produceras är till hjälp. Atomer har negativt laddade elektroner som kretsar kring kärnan på olika avstånd. När en atom absorberar tillräckligt med energi kan det få en av elektronerna att hoppa till en högre bana. När elektronen förlorar energi, faller den tillbaka till sin tidigare bana. När den gör det sänder den ut en foton av ljus. Nyckeln för att producera ljus är alltså i spännande atomer som är tillräckligt för att slå ut elektroner från deras banor.
När elektricitet strömmar genom elektroderna i lysrör, producerar det en laddning som gör att fria elektroner färdas genom det gasfyllda röret från en elektrod till den andra. Denna energi förångar en liten del av kvicksilvret inuti röret. Elektroner och joner (laddade atomer) kolliderar med gasformiga kvicksilveratomer, som i sin tur frigör ultravioletta (UV) fotoner.
Eftersom människor inte kan se UV-ljus finns det ytterligare ett steg i den utarbetade designen av lysrör. De viktigaste är i fosforbeläggningen som kantar det inre glasröret. När fosfor utsätts för UV-ljus absorberar den energin och strålar ut den igen som synligt ljus. Det är här lysrör utmärker sig framför glödlampor, eftersom den UV-energi som går till spillo som förlorad värme i en traditionell glödlampa istället förvandlas till synligt ljus.
Eftersom atomer i allmänhet är stabila med en neutral laddning och bara blir laddade eller joniserade när de får eller förlorar en elektron, har lysrör olika startmekanismer för att få bollen att rulla inuti röret. Äldre lampor använde en startbrytarmekanism som ibland tog någon minut för att helt jonisera gasen. Under tiden skulle ljuset flimra. Dagens glödlampor har en joniserande trigger inbyggd i ballasten, som är den lilla enheten som styr den elektriska strömmen som matar elektroderna.
En atoms struktur dikterar vilken typ av foton som produceras, och därför ljusets våglängd eller färg. Även om lysrör är mycket effektivare än glödlampor och håller mycket längre, föredrar folk i allmänhet ljuset från gammaldags glödlampor i hemmet, eftersom det är närmare den röda våglängden. Detta gör att det verkar ”varmare”. Lysrörens starka glöd förskjuts mot det ”svalare”, blåa spektrumet. Nyhetslampor designade för hemmabruk använder ofta en fosforblandning som ger varmare ljus än äldre lysrör.