Atomik spektroskopi, hem kantitatif hem de kalitatif olarak element analizinde önemli bir cihazdır. Genel olarak optik spektroskopi, kütle spektroskopisi ve X-ışını spektroskopisi yöntemlerine ayrılabilir. Optik spektroskopik yöntemler arasında atomik absorpsiyon spektroskopisi (AAS), atomik emisyon spektroskopisi (AES) ve atomik floresans spektroskopisi (AFS) yer alır. Her üç yöntemin de ilk adımı atomizasyondur. Bu işlemde, katı, sıvı veya çözeltideki örnekler gaz fazı atomlarına ve iyonlarına dönüştürülür.

AAS'de gaz halindeki numuneler elektromanyetik radyasyonla etkileşime girer ve temel hal atomlarının elektronlarını uyarılmış hallere geçiren, tam enerjilere sahip fotonları soğurur. Örneğin, Na (sodyum) atomunun eşleşmemiş 3s elektronu sırasıyla 285 nm, 330 nm veya 590 nm dalga boylarındaki radyasyonun soğurulmasıyla 3p, 4p veya 5p orbitaline yükselir. Belirli dalga boylarındaki iletilen ışıkta meydana gelen azalma, dedektör tarafından ölçülür ve bir absorpsiyon veya iletim spektrumu ile görselleştirilir.

AES'de, gaz halindeki örnekler elektromanyetik radyasyonla etkileşir ve temel hal atomlarının elektronlarını uyarılmış hallere geçiren, tam enerjilere sahip fotonları soğurur. Örneğin, Na (sodyum) atomunun eşleşmemiş 3s elektronu, sırasıyla 285 nm, 330 nm veya 590 nm dalga boylarındaki radyasyonun soğurulmasıyla 3p, 4p veya 5p orbitallerine yükselir. Belirli dalga boylarındaki iletilen ışıkta meydana gelen azalma, dedektör tarafından ölçülür ve bir absorbsiyon veya iletim spektrumu ile görselleştirilir.

AFS'de, temel hal gaz fazı atomları, karakteristik bir dalga boyunda ışınlanarak elektronik olarak uyarılmış hale getirilir. Radyasyonsuz geçişin gerçekleşmemesi durumunda, uyarılmış halden temel hale geçiş, emdikleri enerjiye karşılık gelen tam dalga boyunda floresans yayarak gerçekleşir. Dedektör genellikle kaynak ışınına dik bir açıyla yerleştirilir; burada yalnızca floresans emisyonlarının dedektöre ulaşması beklenir.

Moleküler spektrumların aksine, atomik spektrumlar keskin çizgilere sahiptir, çünkü moleküler spektrumlarda zirve genişlemesine yol açan çeşitli dönme ve titreşimsel enerji düzeylerinin bulunmaması atomik spektrumlarda bu durumu engeller.