ネオンサインは、ガラス管の中にネオンガス、アルゴンガス、水銀などを管の中に封入し、ガラス管自体に施された着色や管の内側の蛍光塗料と相まって様々な色を演出する放電灯です。ネオンを点灯するにはネオン管の他にネオントランス（変圧器）の設置、工事が必要です。

ネオンサインに封入してあるガスは主にネオン（赤橙々色）とアルゴン（青紫色）があり、この２種を混合した混合ガス（青色）、アルゴン＋水銀の混合ガス（青白色）も使われています。

電子が高速で気体のの中にある分子や原子に衝突すると、分子や原子は不安定な励起（れいき）状態になり、元に戻ろうとします。その時のエネルギーを分子や原子は光として放出します。この原理を利用してネオンサインは、電極からガス中の物質に電子を放出することにより発行させています。