電弧管內充有汞、惰性氣體和壹種以上的金屬鹵化物。工作時，汞蒸發，電弧管內汞蒸氣壓達幾個大氣壓（零點幾個兆帕）；鹵化物也從管壁上蒸發，擴散進入高溫電弧柱內分解，金屬原子被電離激發，輻射出特征譜線。當金屬離子擴散返回管壁時，在靠近管壁的較冷區域中與鹵原子相遇，並且重新結合生成鹵化物分子。這種循環過程不斷地向電弧提供金屬蒸氣。電弧軸心處的金屬蒸氣分壓與管壁處鹵化物蒸氣的分壓相近，壹般為 1330～13300Pa。通常采用的金屬平均激發電位為4eV左右，而汞的激發電位為7.8eV。金屬光譜的總輻射功率可以大幅度超過汞的輻射功率。結果，典型的金屬鹵化物燈輸出的譜線主要是金屬光譜。充填不同種金屬鹵化物可改善燈的顯色性（平均顯色指數Ra為70～95）。
汞電弧總輻射中僅有23%在可見光區域內，而金屬鹵化物電弧的總輻射則有50%以上在可見光區域內，燈的發光效率可高達120lm/W以上。 金屬鹵化物與電極、石英玻璃之間以及鹵化物相互之間在高溫下都會引起化學反應。金屬鹵化物容易潮解，極少量水的吸入可造成放電不正常，使燈管發黑。電極電子發射物質系采用氧化鏑、氧化釔、氧化鈧等，以防止發射物質與鹵素發生反應。電弧管內有些金屬(如鈉)會遷移，結果會使鹵素過量，導致鹵素負電性極強，引起電弧收縮和啟動電壓、工作電壓升高。金屬鹵化物燈僅靠觸發電極的作用是不能可靠啟動的，壹般采用雙金屬片啟動器，或者采用有足夠高啟動電壓的漏磁變壓器，也有采用電子觸發器的。金屬鹵化物燈的點燃還需要限流器（即鎮流器），其工作電流比同功率高???汞燈的要大壹些。