电弧管内充有***、惰性气体和一种以上的金属卤化物。工作时，***蒸发，电弧管内***蒸气压达几个大气压（零点几个兆帕）；卤化物也从管壁上蒸发，扩散进入高温电弧柱内分解，金属原子被电离激发，辐射出特征谱线。当金属离子扩散返回管壁时，在靠近管壁的较冷区域中与卤原子相遇，并且重新结合生成卤化物分子。这种循环过程不断地向电弧提供金属蒸气。电弧轴心处的金属蒸气分压与管壁处卤化物蒸气的分压相近，一般为1330～13300Pa。通常采用的金属平均激发电位为4eV左右，而***的激发电位为7.8eV。金属光谱的总辐射功率可以大幅度超过***的辐射功率。结果，典型的金属卤化物灯输出的谱线主要是金属光谱。充填不同种金属卤化物可改善灯的显色性（平均显色指数Ra为70～95）)