Cuando se conecta el circuito de alimentación externo, la salida del transformador genera un alto voltaje de varios miles de voltios o incluso decenas de miles de voltios.
Cuando este alto voltaje se aplica a los electrodos en ambos extremos del tubo de neón de vidrio, las partículas cargadas dentro del tubo se aceleran en el campo eléctrico de alto-voltaje y vuelan hacia los electrodos, generando una gran cantidad de electrones.
Estos electrones excitados se aceleran en el campo eléctrico de alto-voltaje y chocan con los átomos de gas dentro del tubo. Cuando la energía de estos electrones que chocan con los átomos del gas libre es lo suficientemente grande, los átomos del gas se ionizan en iones y electrones positivos; este es el fenómeno de la ionización de gases.
El exceso de energía resultante de las colisiones entre partículas cargadas y átomos de gas se emite en forma de fotones, completando así todo el proceso de iluminación del tubo con luz de neón de vidrio.