氣態自由原子吸收特征波長的輻射后，原子的外層電子從基態或低能態躍遷到高能態，約經10-8秒，又躍遷至基態或低能態，同時發射出熒光。若原子熒光的波長與吸收線波長相同，稱為共振熒光;若不同，則稱為非共振熒光。共振熒光強度大，分析中應用最多。

原子熒光可分共振熒光、非共振熒光與敏化熒光等三種類型。

氣態原子吸收共振線被激發后，再發射與原吸收線波長相同的熒光即是共振熒光。它的特點是激發線與熒光線的高低能級相同。如鋅原子吸收213.86nm的光，它發射熒光的波長也為213.861 nm。若原子受熱激發處于亞穩態，再吸收輻射進一步激發，然后再發射相同波長的共振熒光，此種原子熒光稱為熱助共振熒光。

當熒光與激發光的波長不相同時，產生非共振熒光。非共振熒光又分為直躍線熒光、階躍線熒光、anti-Stokes(反斯托克斯)熒光。

激發態原子躍遷回至高于基態的亞穩態時所發射的熒光稱為直躍線熒光，由于熒光的能級間隔小于激發線的能級間隔，所以熒光的波長大于激發線的波長。如鉛原子吸收283.31nm的光，而發射405.78nm的熒光。它是激發線和熒光線具有相同的高能級，而低能級不同。如果熒光線激發能大于熒光能，即熒光線的波長大于激發線的波長稱為Stokes熒光;反之，稱為anti-Stokes熒光。直躍線熒光為Stokes熒光。

有兩種情況，正常階躍熒光為被光照激發的原子，以非輻射形式去激發返回到較低能級，再以發射形式返回基態而發射的熒光。很顯然，熒光波長大于激發線波長。例鈉原子吸收330.30nm光，發射出588.99nm的熒光。非輻射形式為在原子化器中原子與其他粒子碰撞的去激發過程。熱助階躍熒光為被光照射激發的原子，躍遷至中間能級，又發生熱激發至高能級，然后返回至低能級發射的熒光。例如鉻原子被359.35nm的光激發后，會產生很強的357.87nm熒光。