空心陰極燈是一種特殊形式的低壓氣體放電光源，放電集中于陰極空腔內。當在兩極之間施加200V-500V電壓時，便產生輝光放電。在電場作用下，電子在飛向陽極的途中，與載氣原子碰撞并使之電離，放出二次電子，使電子與正離子數目增加，以維持放電。

　　因為光電管的靈敏度是隨著溫度的改變而改變的，當溫度升高時，光電管的靈敏度將降低，所以要注意溫度影響，避免溫度過高。其次，因為光電管的疲乏現象，光電管在較小光通量照射下，有較大靈敏度，當有較大光通量照射下，或是長時間曝光，光電管的靈敏度將顯著下降，所以要注意避免強光或長時間的曝光。

　　在空心陰極燈的兩電極施加一定的電壓，形成電場。燈內充有的惰性氣體，在常溫下總有少數原子電離為自由電子和正離子，在電場的作用下，它們分別向陽極和陰極加速運動，運動過程中與其他原子碰撞，導致原子電離，放出二次電子，使電子、正離子增加，放電現象得到維持，而且，保持放電的工作電壓比起輝電壓低。陰極內表面在被轟擊的過程中，因受熱使原子熱蒸發逸出，對低熔點易揮發更加明顯。

　　同時，具有較大加速運動的正離子群，轟擊陰極內表明，使其原子被濺射出來。被濺射和熱蒸發出來的陰極內表面的原子進入空心陰極空問內，與放電過程中被加速運動的正離子、二次電子以及氣體原子之間發生非彈性碰撞，從而獲得能量被激發到高能態。當它回到基態時，以輻射特征波長的形式，將得到的能量釋放出來。發生高能級非彈性碰撞時，發射火花線或離子線；發生低能級非彈性碰撞時，發射原子線。空心陰極內相應原子密度越大，碰撞次數越多，產生的特征輻射強度越大。當濺射和熱蒸發出的原子擴散后，逸出陰極的數目與相應原子返回陰極內，表面沉積在燈殼壁或其他部位的原子數之間達到平衡時，空心陰極內相應原子密度和放電保持穩定。