Lampy metalohalogenkowe tworzą światło widzialne dzięki wyładowaniu łukowemu odbywającemu się w atmosferze, która posiada domieszki różnych metali, by ich widmo było możliwie ciągłe i bogate w paśmie widzialnym. Metale domieszkujące należy dodać w formie halogenków (jodki, bromki, chlorki, być moze także fluorki...), ponieważ ciśnienie pary tych metali byłoby zbyt niskie, by mogły brać one udział w wyładowaniu. Halogenki odparowują znacznie łatwiej, a ponadto charakteryzują się mniejszą aktywnością korozji względem kwarcowej rurki jarznika. Niektóre z tych metali są tak reaktywne, że niszczyłyby kwarc jarznika, zatem dodatek np. jodków zmniejsza to zjawisko, gdyż metale te pozostają w formie halogenków, nawet na powierzchni kwarcu.
W latach 60tych producenci eksperymentowali z usprawnieniem lamp rtęciowych, pierwsze efekty pochodzą z roku 1962, gdy GE wydała lampę MH o prostym sodowo-talowym domieszkowaniu. Była lepsza od lamp rtęciowych, ale charakteryzowała się dużym rozrzutem parametrów (sód ma mały promień i ucieka bardzo szybko, ponadto precyzja produkcji właściwa dla lamp rtęciowych nie była wystarczająca). Wynalazek firmy Sylvania, polegający na domieszowaniu jodkami sodu,skandu i toru sprawił, że lampa produkowała białe światło a zmiany barwy spowodowane ucieczką sodu skutkowały jedynie niewielkim przesunięciem barwy w stronę zimniejszych temperatur.
Firma Narva eksperymentowała z jodkami sodu, indu i talu z dodatkiem jodku litu, który zmniejszał temperaturę barwową generowanego swiatła, dzięki silnym liniom widmowym w zakresie czerwieni. Niestety jodek litu powodował silną dewitryfikację kwarcowego jarznika, co znacznie skracało czas pracy lampy. Stąd właśnie wczesna Narva Nachroma ma żywotność około 4 tys godzin. Problem rozwiązała dopiero firma Thorn.
Z kolei inżynierowie niemieckiej Narvy zmniejszyli ucieczkę sodu dzięki dodaniu powłoki kwarcowej na drut na zewnątrz jarznika (podobny znajduje się także w polskich lampach LRJ) oraz odpowiedniemu prowadzeniu drutu do elektrody zapłonowej.
Jedną z pierwszych udanych konstrukcji europejskich lamp metalohalogenkowych była lampa Osram WOTAN HQI-T 400W/DV. Marka WOTAN była kierowana na rynek brytyjski i należała do firmy Osram, zatem w brytyjskich materiałach ta lampa będzie oznaczona własnie jako WOTAN. Była to lampa o długim łuku, bardzo wrażliwa na pozycję świecenia (DV to pionowa +/- 45 stopni, DH jest pozioma, ale ma mniejszą skuteczność).
W tej lampie łuk w rtęci został zdomieszkowany przez jodki dysprozu, który posiada bardzo wiele linii widmowych w widzialnej strefie oraz jodki talu, który posiada bardzo silną zieloną linię, która równoważy widmo. Mieszanka taka powoduje jednak problemy ze stabilnością wyładowania, zatem zdecydowano się na dodanie niedużej ilości jodków cezu, który zwiększa rozmiar łuku elektrycznego w tej atmosferze. Następcą tej lampy jest popularna HQI-BT 400W/D, w atmosferze są halogenki dysprozu, talu, holmu, tulu i cezu.
Widmo jest bogate, z silną linią niebieskofioletową od rtęci oraz silną zieloną linię talu. Jest to nadal jedna z najlepszych lamp metalohalogenkowych barwy dziennej.
Podobną chemię do lamp WOTAN miały lampy TUNGSRAM, gdzie też stosowano dysproz + tal + cez. Niektóre lampy GE-Tungsram wykorzystują ten sprawdzony schemat do dziś.
Amerykańscy inżynierowie wybrali inną drogę, stosując proste domieszkowanie jodkami sodu i skandu. Lampa taka wykorzystuje jarznik kwarcowy lampy rtęciowej, zakończony stożkowo po obu końcach, by utrzymać właściwe ciśnienie pary halogenków miedzy poszczególnymi sztukami lamp. Wprowadzano także elektrodę zapłonową, by lampa pracowała na osprzęcie rtęciowym. Przez wiele lat metalohalogenki o takiej konstrukcji wykorzystywano w oświetleniu w USA. Są nawet stosowane do dziś mimo swoich wad. Rozwiązaniem była zmiana kształtu jarznika i zmiana chemii. Lampa GE Halarc posiada domieszki jodków kadmu, sodu, skandu i toru. Jak widać, jest to znacznie gorsza jakość światła od lamp dysprozowo-talowo-cezowych, ale ma większą skuteczność świetlną.
Wyzwaniem pierwszych lamp było dostosowanie widma do potrzeb odbiorcy, szczególnie dotyczyło to czerwonej części widma, w której oko ludzkie charakteryzuje się wysoką rozdzielczością barwy. Problem ten dotknął firmę Thor, która opracowała specjalną lampę na potrzeby oświetlenia sklepów Marks and Spencer. Atmosfera została uzupełniona o jodek litu oraz większą ilość domieszki toru. Tor posiada dość silne linie w czerwonym zakresie widma, ale dodanie litu powodowało dotąd znaczny spadek skuteczności świetlnej. Nowością było opracowanie domieszki o dokładnie dobranych proporcjach litu i toru, a także domieszkowanie chlorkami strontu. Jednocześnie ciśnienie par rtęci jest na tyle niskie, by widmo litu nie rozszerzało się zanadto do zakresu podczerwieni (a to powoduje zmniejszenie skuteczności świetlnej). Aby uzyskać oczekiwaną wydajność, na zewnętrznej bańce umieszczono luminofor itrowo wanadowy pobudzany silnymi liniami pochodzącymi od rtęci i strontu.
W tym samym czasie japońscy inżynierowie wzbogacili tradycyjny amerykańsko-wczesnoeuropejski schemat konstrukcji lamp MH, bazujący na dwóch (amerykański sodowo-skandowy) lub trzech metalach. W lampie firmy Iwasaki nadal stosowany był sód i skand, ale dodano jodki tulu, indu oraz litu.
Konstrukcja lamp dużej mocy wiąże się z innymi problemami, wynikającymi z faktu, że muszą być one zasilane stosunkowo niewysokim napięciem (są projekty lamp zasilanych jednofazowo, z 220V, bo takie wtedy było napięcie sieci) a zapłonnik wysokonapięciowy wcale nie jest prosto wykonać, gdy prąd lampy jest rzędu 10A.
Lampy rtęciowe oraz MH są wypełnione gazem buforowym (jest to czysty argon), który rozpoczyna wyładowanie po załączeniu zasilania. W wyniku wyładowania nagrzewa się i odparowuje rtęć w jarzniku, a następnie rozpoczyna się dalszy proces rozgrzewania lampy (wliczając odparowanie soli metali, nagrzanie elektrod i samego jarznika). Niemniej lampy dużej mocy mają długi jarznik i wymagałyby wysokiego napięcia dla rozpoczęcia wyładowania. Aby zmniejszyć napięcie niezbędne do startu lampy, do atmosfery jarznika wprowadono domieszkę neonu. Napięcie przebicia czystego neonu jest znacznie wyższe niż argonu, ale działając razem, gazy te mają niższe napięcie niż każdy z nich z osobna. W lampach wyładowczych o wysokiej gęstości mocy i jarznikach kwarcowych unika się stosowania neonu, gdyż w wysokiej temperaturze neon łatwiej może dyfundować przez rurę kwarcową. Aby zmniejszyć to zjawisko, zewnętrzną atmosferę wypełnia sie mieszaniną azotu z neonem, by zmniejszyć różnicę koncentracji tego gazu między jarznikiem i zewnętrzną bańką. Z zewnętrznej bańki neon nie ucieka, gdyż jest ona wykonana z innego szkła i pracuje przy niższej temperaturze.
