制造霓虹燈的辦法，是采用低熔點的鈉——鈣硅酸鹽玻璃做燈管，根據需要設計不同的圖案和文字，用噴燈進行加工，然后燒結電極，再用真空泵抽空，并根據要求的顏色充進不同的稀有氣體而制成。現代的霓虹燈更加精致，有的將玻璃管彎曲成各種各樣折形狀，制成更加動人的圖形；還有的在燈管內壁涂上熒光粉，使顏色更加明亮多彩；
霓虹燈是一種低氣壓冷陰極輝光放電燈。它的結構和部件為正常輝光放電提供保證，其中的工作物質為得到所需要的光色提供可能。
霓虹燈由燈管和高壓變壓器組成。燈管由玻管、電極室組成。電極室由電極、云母片（或瓷環）和電極引線組成。玻管內充有工作氣體，玻管內壁有的涂有熒光粉。高壓變壓器有漏磁式變壓器和電子式變壓器兩種，它是點燃霓虹燈管必不可少的元件。
當外電源電路接通后，變壓器輸出端就會產生幾千伏甚至上萬伏的高壓。當這一高壓加到霓虹燈管兩端電極上時，霓虹燈管內的帶電粒子在高壓電場中被加速并飛向電極，能激發產生大量的電子。這些激發出來的電子，在高電壓電場中被加速，并與燈管內的氣體原子發生碰撞。
當這些電子碰撞游離氣體原子的能量足夠大時，就能使氣體原子發生電離而成為正離子和電子，這就是氣體的電離現象。帶電粒子與氣體原子之間的碰撞，多余的能量就以光子的形式發射出來，這就完成了霓虹燈的發光點亮的整個過程。
