Fenómeno de descarga de gas es una característica esencial de las lámparas de descarga de gas utilizadas en diversas aplicaciones de iluminación. Cuando se aplica energía eléctrica a través de los electrodos presentes en el interior de un tubo de descarga, los electrodos emiten electrones que bombardean con los átomos de gas introducidos en el interior del tubo de descarga. Debido a estas colisiones, una parte considerable de la energía eléctrica aplicada a la radiación electromagnética visible (cuando las colisiones son inelásticas) y la energía eléctrica restante se convierte en energía térmica (cuando las colisiones son elásticas).
Por lo tanto, una descarga de gas para completar con éxito requiere lo siguiente:
- Un tubo de descarga de material transparente o translúcido
- Electrodos sellados
- Gas inerte y/o vapor de metal
El tubo de descarga contiene electrodos sellados en su interior y está lleno de gas inerte o vapor de metal. El gas inerte se utiliza como gas auxiliar o de arranque, ya que puede reducir el voltaje de arranque necesario para la descarga del gas. Generalmente se utiliza una mezcla de gases inertes (Neón con 1% de Argón) conocida como mezcla penning. 
Cuando aplicamos energía eléctrica a los electrodos, se emiten electrones. Los electrones emitidos son acelerados por la aplicación campo eléctrico y colisionan con los átomos o moléculas de gas. La velocidad de los electrones depende de la media de la trayectoria libre, la densidad del gas y la fuerza del campo eléctrico aplicado. Las diferentes velocidades de los electrones emitidos causan diferentes tipos de colisión con los átomos de gas. Hay principalmente tres procesos diferentes que ocurren durante la descarga de gas debido a esta diferencia de velocidad. Son los siguientes:
Generación de calor
Cuando la velocidad del electrón emitido es tal que se producen colisiones elásticas entre el electrón y el átomo de gas, es decir, el electrón golpea el átomo de gas y rebota, entonces sólo una pequeña parte de la baja energía cinética se transfiere al átomo de gas. Esto se debe a que la masa de un electrón es diminuta comparada con la del átomo de gas. Sin embargo, hay un gran número de este tipo de colisiones que dan lugar a la transferencia de una cantidad considerable de energía que da lugar al aumento de la temperatura del gas.
Excitación del átomo de gas
En algunos casos, la velocidad del electrón, al colisionar con el átomo de gas puede ser tan alta que transfiere uno de los electrones del átomo de gas a una órbita más alejada del núcleo. Este electrón gaseoso absorbe la mayor parte de la energía del electrón libre mientras se mueve a la órbita de mayor energía. Pero, la fuerte fuerza de atracción electrostática del núcleo lleva al electrón de vuelta a su órbita original. Este movimiento del electrón gaseoso desde el nivel de energía superior hasta su nivel de tierra se completa a través de órbitas intermedias y va acompañado de la liberación de la energía absorbida durante la colisión en forma de radiación electromagnética. 
El electrón gaseoso sólo puede moverse en ciertas órbitas discretamente definidas alrededor del núcleo, y esto hace que la radiación electromagnética emitida esté formada por líneas espectrales discretas. Este fenómeno de transición de un electrón de un nivel de energía más alto a su nivel de tierra, mientras emite radiación electromagnética, sólo tarda unos 10-8 segundos. Sin embargo, se presentan algunos niveles de energía a partir de los cuales no es posible una transición directa a un nivel de energía más bajo. Así que en tales casos, el electrón gaseoso se desplaza a un nivel de energía más alto por colisión con otros electrones desde donde el electrón excitado puede volver a su estado de tierra a través de órbitas intermedias. Este proceso requiere más tiempo que el proceso anterior. La radiación electromagnética emitida durante la descarga de gas puede estar en el rango de la radiación visible (380nm-760nm) o tal vez en el rango ultravioleta. Si la radiación electromagnética está en el rango de los UV, entonces se convierte en radiación visible con la ayuda de diferentes fósforos a través del fenómeno de fosforescencia.
Ionización de átomos de gas
Si la velocidad del electrón emitido es tan alta que durante la colisión golpea un electrón completamente del átomo del gas, entonces como resultado sólo queda un ión cargado positivamente. Este electrón libre, a su vez, colisionará con otros átomos de gas y puede generar calor o excitar los átomos de gas.
Este proceso se repite muchas veces dependiendo de la energía cinética del electrón. Esto hace que el gas se ionice y se establezca una corriente eléctrica en el tubo de descarga. Sin embargo, la continuación de la ionización puede conducir a una fuga de corriente que debe evitarse introduciendo una impedancia en el circuito.
La descarga de gas puede ocurrir a baja y alta presión y por lo tanto es de dos tipos:
Descarga de gas a baja presión
La descarga de gas a baja presión tiene lugar a una presión de unos 0,4 Pa, que es muy inferior a la presión atmosférica. La descarga de baja presión se utiliza en una lámpara de vapor de sodio de baja presión y en una lámpara fluorescente.
Descarga de gas a alta presión
La descarga de gas a alta presión tiene lugar a presiones superiores al 104 Pa, que es aproximadamente el 20% de la presión atmosférica. La descarga de alta presión se utiliza en una lámpara de vapor de sodio de alta presión, la lámpara de vapor de mercurio de alta presión y la lámpara de haluro metálico.
