任何物質都是由元素組成的，而元素又都是由原子組成的，原子是由原子核和電子組成，每個電子 都處在一定的能級上，具有一定的能量，在正常狀態下，原子處在穩定狀態，它的能量最低，這種狀態 稱基態。

當物質受到外界能量 ( 電能和熱能 ) 的作用時，核外電子就躍遷到高能級，處于高能態 ( 激發態 ) 電子是不穩定的，激發態原子可存在的時間約 10 -8 秒，它從高能態躍遷到基態，或較低能態時，把多余 的能量以光的形式釋放出來，原子能級躍遷圖見圖。

橫坐標表示原子所處的能級； Eo 為基態能級的能量，一般為零表示，釋放出的能量 Δ E 與輻射出 的光波長 λ 有如下關系。

 式中：

Δ E 釋放出的能量，

Eh 高能態的能量，

E1 低能態的能量， 

c 光速 (3X10 l0 厘米 / 秒 ) h

勃朗克常數 λ 輻射光的波長

圖中縱坐標表示各能級所具有的能量， 因為每一種元素的基態是不相同的，激發態也是不一樣的，所以發射的光子是不一致的，也就是波 長不相同的.

依據波長入可以決定是那一種元素， 這就是光譜的定性分析。 另一方面譜線的強度是由發射該譜線 的光子數目來決定的， 光子數目多則強度大， 反之則弱， 而光子的數目又和處于基態的原子數目所決定， 而基態原子數目又取決于某元素含量多少，這樣，根據譜線強度就可以得到某元素的含量。