氣態(tài)自由原子吸收特征波長的輻射后，原子的外層電子從基態(tài)或低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，約經10-8秒，又躍遷至基態(tài)或低能態(tài)，同時發(fā)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(tài)原子吸收共振線被激發(fā)后，再發(fā)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(fā)線與熒光線的高低能級相同。如鋅原子吸收213.86nm的光，它發(fā)射熒光的波長也為213.861 nm。若原子受熱激發(fā)處于亞穩(wěn)態(tài)，再吸收輻射進一步激發(fā)，然后再發(fā)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(fā)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(fā)態(tài)原子躍遷回至高于基態(tài)的亞穩(wěn)態(tài)時所發(fā)射的熒光稱為直躍線熒光，由于熒光的能級間隔小于激發(fā)線的能級間隔，所以熒光的波長大于激發(fā)線的波長。如鉛原子吸收283.31nm的光，而發(fā)射405.78nm的熒光。它是激發(fā)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(fā)能大于熒光能，即熒光線的波長大于激發(fā)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(fā)的原子，以非輻射形式去激發(fā)返回到較低能級，再以發(fā)射形式返回基態(tài)而發(fā)射的熒光。很顯然，熒光波長大于激發(fā)線波長。例鈉原子吸收330.30nm光，發(fā)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(fā)過程。熱助階躍熒光為被光照射激發(fā)的原子，躍遷至中間能級，又發(fā)生熱激發(fā)至高能級，然后返回至低能級發(fā)射的熒光。例如鉻原子被359.35nm的光激發(fā)后，會產生很強的357.87nm熒光。