紫外线杀菌灯的工作原理主要基于100-200纳米波长的紫外线对细胞的破坏作用。这个波段的光能量被细胞的遗传物质DNA吸收，引发光化反应，导致DNA结构变异，从而让细菌无法正常生存或繁殖。UVC（100-200纳米）是紫外线中对杀菌效果最为显著的部分。
用于工程消毒的光源通常采用人工汞（合金）灯光源，其灯管由石英玻璃制成。根据汞蒸气压和紫外线输出强度的不同，汞灯分为低压低强度、中压高强度和低压高强度三种类型。杀菌效果与微生物接受的照射剂量相关，剂量大小由灯的类型（如UVC强度）、光强和使用时间决定。随着灯的使用，其强度会逐渐下降，一般初始的30%-50%强度会在使用过程中丧失。
衡量紫外光消毒设备性能的关键参数是灯管的UVC输出强度。例如，在城市污水消毒中，平均需要300 J/m2以上的照射剂量。如果剂量过低，可能会发生光复活现象，病菌在离开光源后可能重新活跃，影响杀菌效果。要提高杀菌效率，通常需要增加照射剂量。透光率在254纳米处对微生物实际接受的剂量有直接影响。
目前，大部分紫外线装置使用低压紫外灯技术，大型水厂则可能采用高强度的灯系统以节省空间和费用。高强度灯虽然能减少90%以上的灯管数量，但也适用于水质较差的出水处理，提升了整体的消毒效果。
紫外线杀菌灯实际上是属于一种低压汞灯。低压汞灯是利用较低汞蒸汽压（<10-2Pa）被激化而发出紫外光，其发光谱线主要有两条：一条是253.7nm波长；另一条是185nm波长，这两条都是肉眼看不见的紫外线。