Атоми газоподібних речовин за підвищених температур випромінюють електромагнітні хвилі чітко визначених частот – у даному випадку йдеться про лінійчастий спектр випромінювання.
Лінійчастий спектр випромінювання будь-якого конкретного хімічного елемента не збігається зі спектром випромінювання інших хімічних елементів і, відповідно, є «візитною карткою» елемента.
Відбувається й зворотне явище: у випадку пропускання білого світла через пару речовини спостерігається виникнення темних ліній на тлі суцільного спектра. Темні лінії розташовані точно в тих місцях, де спостерігалися би світлі лінії спектра випромінювання цього хімічного елемента. Такий спектр називають лінійчастим спектром поглинання.
Лінійчасті спектри дають лише розріджені гази в атомарному стані. Спектри випромінювання молекул відрізняються від аналогічних спектрів атомарних газів наявністю великої кількості близько розташованих ліній, які під час спостережень часто зливаються у смуги. Такі спектри називають смугастими спектрами.
Стиснені гази, рідини і тверді тіла в нагрітому стані дають неперервний спектр випромінювання.
Вимірювання атомних спектрів дозволяє одержати інформацію про елементний склад речовин.