Żarówka halogenowa wyposażona jest w żarnik wolframowy, wypełniony gazem szlachetnym z niewielką ilością halogenu, czyli fluorowca (np. jodu). Gaz ten regeneruje żarnik, przeciwdziałając jednocześnie jego rozpylaniu, a tym samym zapobiega on ciemnieniu bańki od strony wewnętrznej.
Halogen wchodzi w reakcję z wolframem (parami wolframu w bańce i na ściankach bańki). Związek powstały w wyniku reakcji krąży wraz z gazem w bańce w temperaturze panującej blisko żarnika, po czym rozpada się na wolfram i fluorowiec. W wyniku tego następuje przenoszenie cząstek wyparowanego wolframu z bańki na żarnik. Proces ten nazywany jest halogenowym cyklem regeneracyjnym. Występowanie tego cyklu pozwala zwiększyć temperaturę żarnika do około 3200 K, więc żarówki halogenowe cechują się wyższymi skutecznościami świetlnymi w porównaniu do zwykłych lamp żarowych (do 18 lumenów/wat).
Żarówki zasilane napięciem 12V wymagają zastosowania odpowiedniego zasilacza (transformatora), który obniża napięcie sieci elektrycznej 230V.