Een TL buis is aan de binnenzijde bedekt met een fluorescerende stof en gevuld met een van de edelgassen argon of krypton (of een mengsel hiervan) en kwikdamp onder lage druk. Tussen twee elektroden aan weerszijden van de buis vindt een gasontlading plaats, waardoor de kwikdamp ultraviolet licht gaat uitzenden. In de fluorescerende laag wordt de ultraviolette straling omgezet in zichtbaar licht.

De fluorescentielamp is in zijn huidige buisvorm in 1935 gedemonstreerd voor de Illuminating Engineering Society in Cincinnati (VS) door General Electric en op de wereldtentoonstelling van 1937 in Parijs door Osram. De toegepaste techniek bouwde voort op gasontladingslampen, zoals geconstrueerd door Heinrich Geissler in 1856, die een blauwachtige gloed in een met gas gevulde buis opwekte, aangestuurd door een inductiespoel. Nikola Tesla demontreerde fluorescentielampen op de wereldtentoonstelling van 1893 in Chicago. In 1901 demonstreerde Peter Cooper Hewitt een kwikdamplamp, die licht van een blauwgroene kleur uitstraalde. De lamp had een buisvorm en Cooper Hewitt gebruikte reeds fluorescentiematerialen, zoals Rhodamine B. Deze lampen werden gebruikt bij fotografie omdat ze een hoger rendement hadden dan de toenmalige gloeilampen.In 1926 stelden Edmund Germer en zijn collega’s bij Osram de fluorescentielamp in zijn huidige vorm voor, met gloei-elektroden en een buis gecoat met fluorescentiepoeder. Een verdere bijdrage leverden M. Pirani en A. Rüttenauer bij Osram in 1932, door efficiënte emittermaterialen voor de elektroden te ontwikkelen, die gemakkelijk elektronen uit de elektroden in het gas laten ontsnappen, en betere fluorescentiepoeders. In de jaren 1936 tot 1938 maakten de vooraanstaande lampfabrikanten verbeterde fosforen waardoor het rendement werd opgevoerd, en door toepassing van de zogenaamde driebandfosforen werd de kleurweergave verbeterd (hoge CRI). Tegenwoordig is 110 lumen per watt haalbaar. Verder maakten de nieuw ontwikkelde fosfors compactere lampen mogelijk (buisdiameter 26 mm en kleiner).