荧光棒中的化学物质有两组：A组，包括发光母体（如苯基草酸酯）、各色荧光染料（如红色的罗丹明B）、溶剂（如邻苯二甲酸二丁酯）。B组溶液是氧化剂（如使用过氧化氢，溶剂是叔丁醇）、催化剂（如水杨酸钠）。两组溶液分装在不同的塑料或非常薄的玻璃容器中。通常A组溶液装在一个透明塑料容器中, 装B组溶液的容器置于A组溶液中。当折断装B组溶液的容器（或摔动容器）使B组溶液混入A组溶液时，两组溶液发生化学反应，释放出光能，使荧光染料发出冷光。

    苯基草酸酯等发光母体的化学发光原理经过了多年的研究,至今没有确定。多数人认为的草酸酯类化学发光过程可用下列方程式表示：
    ArOCOCOArO+ H₂O₂ + 荧光剂 + 催化剂 === 2CO₂ + 2ArOH + 荧光剂 + hν    或

        

    两组溶液混合，过氧化氢与苯基草酸酯反应，生成苯酚和双氧基环状中间体（二氧杂环丁二酮）, 中间体分解生成二氧化碳，将能量传递给受体荧光剂分子, 使之处于激发状态, 激发态分子从激发单重态回到基态, 就释放出光子即发出荧光。

    两组溶液混合产生荧光的强度、时间，受两组溶液成分、浓度、比例和温度的影响。