Une ampoule halogène est équipée d'un filament de tungstène rempli d'un gaz noble contenant une faible quantité d'halogène, l'halogène (par exemple, l'iode). Ce gaz régénère le filament, empêchant ainsi son atomisation et donc le noircissement de l'ampoule de l'intérieur.
L'halogène réagit avec le tungstène (vapeur de tungstène présente dans l'ampoule et sur ses parois). Le composé formé par la réaction circule avec le gaz dans l'ampoule à une température proche de celle du filament, après quoi il se décompose en tungstène et en halogène. Les particules de tungstène évaporées sont alors transférées de l'ampoule au filament. Ce processus est appelé cycle de régénération de l'halogène. L'apparition de ce cycle permet à la température du filament d'augmenter jusqu'à environ 3200 K, de sorte que les ampoules halogènes se caractérisent par une efficacité lumineuse supérieure à celle des lampes à incandescence ordinaires (jusqu'à 18 lumens/watt).
Les ampoules alimentées en 12 V nécessitent l'utilisation d'une alimentation appropriée (transformateur), ce qui réduit la tension du réseau électrique 230 V.
