鹵素燈泡與白熾燈的最大差異在于鹵素燈的玻璃外殼中充有一些鹵族元素氣體(通常是碘或溴)。它的工作原理是當燈絲發(fā)熱時，鎢原子被蒸發(fā)，向玻璃管壁方向移動。當接近玻璃管壁時，鎢蒸氣被冷卻到約800℃，與鹵素原子結(jié)合，形成鹵化鎢(碘化鎢或溴化鎢)。鹵化鎢由于熱流向玻璃管中央繼續(xù)移動，然后重新回到被氧化的燈絲上。由于鹵化鎢是一種不穩(wěn)定的化合物，遇熱后會重新分解成鹵素蒸氣和鎢，這樣鎢又在燈絲上沉積下來，彌補了被蒸發(fā)掉的部分。通過這種再生循環(huán)過程，燈絲的使用壽命得到了大大延長(幾乎是白熾燈的4倍)。同時，由于燈絲可以工作在更高溫度下，因此亮度、色溫和發(fā)光效率也得到了提高。

鹵素燈泡的工作溫度比較高，普通玻璃外殼在這個溫度下會熔化并產(chǎn)生流動。因此，在鹵素燈泡中使用了熔凝石英玻璃(英文：Fused quartz)代替普通玻璃。但是，石英玻璃不能隔斷紫外光，因此鹵素燈泡會發(fā)射具有紫外光波段的不可見光。為了降低紫外線的輻射，必須對燈泡進行防護措施。此外，紫外燈也被用于治療某些皮膚疾病，或者得到在室內(nèi)獲得古銅色皮膚的效果。

基于石英玻璃的特性，如果燈泡的玻璃管壁沾染了油污(例如用手觸摸燈泡的玻璃殼)，將會影響再生循環(huán)過程，大大降低燈泡的壽命。因此，需要用酒精進行清潔。