任何物質都是由元素組成的，而元素又都是由原子組成的，原子則由原子核和電子構成，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8~10秒，它從高能態躍遷到基態，或較低能態時，會把多余的能量以光的形式釋放出來。利用該特性，由于組成物質的各種元素被光源激發，會發射出各個元素特征光譜。光譜的譜線強度與所屬元素的含量有一定的函數關系，如測出各元素譜線的強度值，就可以計算出該元素在物質中的含量。