Fluorescentne sijalke so po zasnovi veliko bolj zapletene kot žarnice z žarilno nitko in so učinkovitejše. Žarnica z žarilno nitko ustvari zelo malo svetlobe glede na količino toplote, ki jo ustvari, kar zapravlja veliko energije. Fluorescenčne sijalke porabijo zelo malo energije in na splošno trajajo do šestkrat dlje kot žarnice z žarilno nitko. So cevaste zasnove, z zaprtimi konci, ki imajo vsak po dva zunanja zatiča. Notranjost steklene cevi je prašno premazana s fosforjem, v notranjost žarnice pa je napolnjena tudi majhna kapljica živega srebra, ki je napolnjena s plinom argonom. Elektroda na obeh koncih je povezana z električnimi vezji.
Osnovno razumevanje tega, kako nastaja svetloba, je v pomoč. Atomi imajo negativno nabite elektrone, ki krožijo okoli jedra na različnih razdaljah. Ko atom absorbira dovolj energije, lahko povzroči, da eden od elektronov skoči na višjo orbito. Ko elektron izgubi energijo, se vrne na svojo prejšnjo orbito. Ko to stori, odda foton svetlobe. Ključ pri ustvarjanju svetlobe je torej v dovolj vznemirljivih atomih, da izbijejo elektrone iz njihovih orbit.
Ko električna energija teče skozi elektrode v fluorescenčnih lučeh, proizvede naboj, ki povzroči, da prosti elektroni potujejo skozi cev, napolnjeno s plinom, od ene elektrode do druge. Ta energija upari majhen del živega srebra v cevi. Elektroni in ioni (nabiti atomi) trčijo v plinaste atome živega srebra, ki sproščajo ultravijolične (UV) fotone.
Ker ljudje ne vidijo UV svetlobe, je pri izdelavi fluorescenčnih žarnic še en korak. Ključni so v fosforjevi prevleki, ki obdaja notranjo stekleno cev. Ko je fosfor izpostavljen UV svetlobi, absorbira energijo in jo odda nazaj kot vidno svetlobo. Tu se fluorescenčne luči izstopajo v primerjavi z žarnicami z žarilno nitko, saj se UV energija, izgubljena kot izgubljena toplota v tradicionalni žarnici, namesto tega pretvori v vidno svetlobo.
Ker so atomi na splošno stabilni z nevtralnim nabojem in se napolnijo ali ionizirajo šele, ko pridobijo ali izgubijo elektron, imajo fluorescenčne luči različne zagonske mehanizme, da se kroglica kotalja po cevi. Starejše luči so uporabljale mehanizem stikala za zagon, ki je včasih potreboval kakšno minuto ali tako, da je plin popolnoma ioniziral. Vmes bi luč utripala. Današnje žarnice imajo v balast vgrajen ionizirajoči sprožilec, ki je majhna naprava, ki nadzoruje električni tok, ki napaja elektrode.
Struktura atoma narekuje vrsto proizvedenega fotona in s tem valovno dolžino ali barvo svetlobe. Čeprav so fluorescenčne žarnice veliko učinkovitejše od žarnic z žarilno nitko in trajajo veliko dlje, ljudje na splošno raje uporabljajo svetlobo staromodnih žarnic doma, saj je bližje rdeči valovni dolžini. Zaradi tega je videti “toplejše”. Svetel sijaj fluorescenčnih žarnic je premaknjen proti “hladnejšemu” modremu spektru. Novice, zasnovane za domačo uporabo, pogosto uporabljajo mešanico fosforja, ki zagotavlja toplejšo svetlobo kot starejše fluorescenčne žarnice.