激發時，給原子或者分子高能量，使得原子/分子處于較高能級，激發后，處于較高能級的原子/分子向低能級躍遷放出光子，物體發光直接產生的光譜叫做發射光譜(emission spectrum)。

發射光譜可以區分為三種不同類別的光譜：線狀光譜、帶狀光譜和連續光譜。線狀光譜主要產生于原子，帶狀光譜主要產生于分子，連續光譜則主要產生于白熾的固體或氣體放電。

稀薄氣體發光是由不連續的亮線組成，這種發射光譜又叫做明線光譜，原子產生的明線光譜也叫做原子光譜。

固體或液體及高壓氣體的發射光譜，是由連續分布的波長的光組成的，這種光譜叫做連續光譜。

現代觀測到的原子發射的光譜線已有百萬條了。每種原子都有其獨特的光譜，猶如人的指紋一樣是各不相同的。

根據光譜學的理論，每種原子都有其自身的一系列分立的能態，每一能態都有一定的能量。以氫原子為例，能量的大小可表示為(3)式中n取從1到∞的正整數，稱為主量子數，從經典的觀點來說，n是描寫電子圍繞原子核運動的軌道的大小的。每一個 n值也就決定了一個能級。RH為氫原子的里德伯常數。h為普朗克常數。

公式中的負號是因為習慣上把相應于n=∞的能量定為最高值并令它等于零，而相應于n=1的能量則定為最低能量，這個能態稱為基態，相應的能級稱為基能級。當原子以某種方法從基態被提升到較高的能態上時，原子的內部能量增加了，原子就會把這種多余的能量以光的形式發射出來，于是產生了原子的發射光譜。原子發射出來的光的頻率v為 ，

式中Wh為較高能級的能量，Wi為較低能級的能量。頻率經常以厘米倒數（cm-1）來量度；1厘米倒數是在1cm長度內所包括的波長數目。

光譜學在細致地描寫原子中的電子運動時，除了主量子數n以外，還有另外三個量子數，分別以l、m和s表示。l是描寫電子軌道運動角動量的大小的，稱為角量子數，它的值取（n-1）到0之間的正整數。l=0的電子稱為s電子，l=1的電子為p電子，l=2的電子為d電子等。量子數m是描寫電子的運動軌道在空間的取向的，稱為磁量子數,它的值不能大于l但可以為負。對于給定l來說，m=l，l-1,…，-l。s為電子自旋量子數，是描寫電子自旋的角動量的，等。它產生出光譜中的多重線。

如果原子中產生光譜的電子不只一個時，各個電子的自旋的矢量和S為電子組態的總自旋。量子數S永遠是正數。對于軌道角動量也是如此，它們的和給出原子的總軌道角動量（量子數為L）。

L=0時，有關的能態稱為S態；L=1時，稱為P態；L=2時，稱為D態等。多電子原子能級的高低依賴于S,依賴于L，也依賴于S與L之間的相互作用。S與L結合在一起給出原子的總角動量J。量子數J取正值，其范圍在L與S之差的最小值和L+S的最大值之間。在光譜學中，常常以符號MLJ來表示原子的能級或者光譜項。其中M=2S+1為光譜的多重性，是表示能級分裂的數目的。

例，則M=2，這意味著每個能級（S能級除外）都分裂成兩個成分，堿金屬原子能級就屬于這種情況。對于兩個電子的原子而言，S=0或1，這取決于兩電子的自旋方向是平行的還是反平行，因之能級的多重性或者為1（能級無分裂）或者為3（每一能級分裂成三個成分）。堿土金屬原子的能級就屬于這種情況。依次類推。

原子在各能級之間的躍遷就產生出光譜線來，從高能級向低能級的躍遷產生發射光譜；反之，產生吸收光譜。根據量子力學的法則，原子在能級之間的躍遷是遵守選擇定則的，這些選擇定則為 ΔL=0，±1；ΔS=0；ΔJ=0（除了J=0），±1。符號ΔL表示躍遷中的初態與終態的L值之差。ΔS和ΔJ的意義同此。