任何物质都是由元素组成的，而元素又都是由原子组成的，原子是由原子核和电子组成，每个电子 都处在一定的能级上，具有一定的能量，在正常状态下，原子处在稳定状态，它的能量低，这种状态 称基态。

当物质受到外界能量 ( 电能和热能 ) 的作用时，核外电子就跃迁到能级，处于能态 ( 激发态 ) 电子是不稳定的，激发态原子可存在的时间约 10 -8 秒，它从能态跃迁到基态，或较低能态时，把多余 的能量以光的形式释放出来，原子能级跃迁图见图。

横坐标表示原子所处的能级； Eo 为基态能级的能量，一般为零表示，释放出的能量 Δ E 与辐射出 的光波长 λ 有如下关系。

 式中：

Δ E 释放出的能量，

Eh 能态的能量，

E1 低能态的能量，

c 光速 (3X10 l0 厘米 / 秒 ) h

勃朗克常数 λ 辐射光的波长

图中纵坐标表示各能级所具有的能量， 因为每一种元素的基态是不相同的，激发态也是不一样的，所以发射的光子是不一致的，也就是波 长不相同的.

依据波长入可以决定是那一种元素， 这就是光谱的定性分析。 另一方面谱线的强度是由发射该谱线 的光子数目来决定的， 光子数目多则强度大， 反之则弱， 而光子的数目又和处于基态的原子数目所决定， 而基态原子数目又取决于某元素含量多少，这样，根据谱线强度就可以得到某元素的含量。