氙燈燈管是氙燈老化試驗機的重要配件，屬于氣體放電燈中弧光放電的一類，氙燈的放電機理是建立在氣體放電過程中的。

我們可以通過改變圖1中V0來測量不同放電電流時燈的電壓，從而得到圖2所示的伏-安特性曲線，現將其原理敘述如下。

由于宇宙中的射線或外界存在電磁場等因素，在燈管L中存在著帶電粒子，我們稱之為剩余電離。當燈管兩端加上一個電壓后，在電場的作用下，這些帶電粒子向電極運動形成電流，隨著電場的增加，電流會隨之增大，形成圖2所示的0A段。當電場進一步增強時，此時所有剩余電離的帶電粒子全部到達電極時，電流就飽和了，形成圖2所示的AB段。若再升高V0，則電場將加速初始的帶電粒子的速度，它與中性原子碰撞形成更多的帶電粒子，這一過程使電子數量雪崩似地增加，形成了BC段，此段稱之為雪崩放電 (也稱之為繁流放電)。由于雪崩過程使燈管的電流很快增至D點，此時燈電壓隨即迅速下降，同時管內產生可見的輝光，形成DE段。我們將C點稱之為氣體放電的著火點或破裂點，此時相對應的電壓值 Vz稱之為著火電壓。燈管點火時需要滿足以下條件:

γ(e ∫d0αdx - 1) =1

式中d是陰極和陽極之間距離，α為一個電子沿著陰極到陽極方向運動單位路程時與氣體原子碰撞所產生的電離次數，γ為一個正離子轟擊陰極表面時從陰極逸出的次級電子數。那么，上式的物理概念十分清楚，即陰極發出一個電子，這個電子在到達陽極的過程中共產生(e ∫d0αdx - 1) 次電離碰撞，因而產生正離子，這些正離子打到陰極后將產生γ(e ∫d0αdx - 1) 個二次電子，而這些二次電子數目仍為1，這樣放電當然就能自我維持，為此我們將C點以后的放電稱為自持放電。EF段，不論增加V0還是減小回路電阻R，使電流增加，但管壓基本不變，我們稱之為正常輝光放電，此時管壓不變的原因是在這個范圍內陰極并沒有全部用于發射(用于發射的面積正比于電流)，要增加電流，擴大陰極發射面積即可。當整個陰極面都參與發射(對應于F點)之后，如果還需要繼續增大電流的話，必須增加V0造成管壓上升，這樣就進入異常輝光放電FG段。其后如果再要放電電流增加，由于電極溫度升高，轉入熱電子發射，特性又一次發生突變，管壓大幅度降低，電流迅速增加，形成了弧光放電的GH段。

氙燈工作于氣體放電伏-安特性曲線的弧光放電段，其放電過程闡述如下:當氙燈接于圖3所示的電路后，由于燈內充有數個大氣壓的氙氣，其著火電壓很高，加于燈管兩端的電壓不足以使氙燈放電。當啟動電路上的觸發器T時，它產生一個高頻(3.5 ～ 5.5M Hz)、高壓(30 ～ 55KV)加于燈管兩端，使燈管內氙氣擊穿導電。在陰、陽極之間產生明亮的火花線，很快加熱陰極極尖，使其溫度急劇上升，產生熱電子發射，在此同時氙氣原子被大量的帶電粒子碰撞，產生激發、電離，這樣使氙燈極快進入了弧光放電。在燈管兩端所加的電源u的維持下，氙燈正常點燃。

點燃后，大量被激發的原子從基態躍遷至激發態，從低能級的激發態躍遷至高能級的激發態，但受激原子是處于不穩定狀態，一定要返回原子原處的能級，在返回原態時將被激發時所吸收的能量以光輻射的形式釋放，從而產生了如圖 4所示的特征光譜。由于上述過程中被激發的氙原子在高能級間的躍遷的比例很大，為此在可見區范圍內產生的光譜是與日光很相似的連續光譜。