卤素灯泡与白炽灯的最大差别在于一点，就是卤素灯的玻璃外壳中充有一些卤族元素气体(通常是碘或溴)，其工作原理为:当灯丝发热时，钨原子被蒸发后向玻璃管壁方向移动，当接近玻璃管壁时，钨蒸气被冷却到大约800℃并和卤素原子结合在一起，形成卤化钨(碘化钨或溴化钨)。卤化钨因热流向玻璃管中央继续移动，又重新回到被氧化的灯丝上，由于卤化钨是一种很不稳定的化合物，其遇热后又会重新分解成卤素蒸气和钨，这样钨又在灯丝上沉积下来，弥补被蒸发掉的部分。通过这种再生循环过程，灯丝的使用寿命不仅得到了大大延长(几乎是白炽灯的4倍)，同时由于灯丝可以工作在更高温度下，从而得到了更高的亮度，更高的色温和更高的发光效率。

由于卤素灯泡需要工作在更高的温度下，普通玻璃外壳在此温度下会熔化并产生流动，所以熔凝石英玻璃(英文:Fused quartz)代替普通玻璃应用在了卤素灯泡中，由于普通玻璃可以隔断紫外光，但石英玻璃不能，所以卤素灯泡会发射出具有紫外光波段的不可见光。一方面要对灯泡增加防护措施以减少紫外线的辐射，另一方面，我们也利用紫外灯来治疗某些皮肤疾病或在室内就可得到在阳光下暴晒才能得到的古铜色皮肤。

基于石英玻璃的特性，如果玻璃管壁上沾染了油污(例如用手触摸灯泡的玻璃壳)，将导致上述再生循环过程不能良好完成，从而大大影响灯泡的寿命，需要用酒精进行清除。

所有钨卤灯泡的发光原理都是利用物体受热发光原理和热辐射原理而实现的，最简单的钨卤灯泡就是给灯丝导通足够的电流，灯丝发热至白炽状态，就会发出光亮，但这种钨卤灯泡的寿命会相当相当的短。目前我们见到的钨卤灯泡之所以采用了以下各种技术，其目的都在于使得钨卤灯泡具有更长的寿命和使用起来更加方便:真空玻璃管(减少灯丝氧化程度)、灯脚(便于你将灯泡插在灯座上)、填充惰性气体(减少灯丝在高温下的氧化程度)等等。