夜明珠的發光原理主要與其含有的磷光物質有關，這些物質在吸收外界能量（如陽光或紫外光）後，能夠將這些能量儲存起來。
當外部光源消失後，這些物質能夠在黑暗中緩慢地釋放出它們儲存的能量，以光的形式表現出來。這一過程涉及到礦物晶體中微量雜質的作用，特別是稀土元素的存在對於其磷光性質至關重要。當礦物內的電子在外界能量的刺激下從低能狀態進入高能狀態，而當外界能量刺激停止時，電子又由高能狀態轉入低能狀態，這個時候就會發光。
此外，夜明珠的主要材料包括螢石、方解石和一些鑽石，其中螢石是最常見的材料。螢石類的礦物，如含有某些雜質的氟化鈣，也是一種長餘輝發光材料，能夠在外界能量激發後持續發出磷光。