空心陰極燈主要用來提供被測元素的銳線光譜。用于原子吸收光譜的空心陰極燈發射的光譜必須足夠純凈、噪音低，輻射強度達到線性校正要求。當空心陰極燈通過內部的低壓氣體在兩個電極之間產生放電現象時，陰極會受到大量電子、加速沖向電極表面的帶電氣體離子（也就是充入氣體的離子）的轟擊。這些離子的能量非常強，以至于可以促使陰極材料的原子從表面脫離或“濺射”進入等離子區。濺射的離子在此處還會與其它高能的物質相互碰撞。碰撞的結果導致能量轉移，金屬原子躍遷至激發態。由于激發態不穩定，原子會自發回到基態，同時發射出特定波長的共振線。很多元素都具有多條共振線供分析使用。