空心陰極燈是一種氣體放電管，鎢棒構成的陽極和一個圓柱形的空心陰極，空心陰極是由待測元素的純金屬或合金構成，或者由空穴內襯有待測元素的其它金屬構成。當在正負電極上施加適當電壓時，在正負電極之間便開始放電，這時，電子從陰極內壁射出，經電場加速后向陽極運動。
 

　　電子在由陰極射向陽極的過程中，與載氣(惰性氣體)原子碰撞使其電離成為陽離子。帶正電荷的惰性氣體離子在電場加速下，以很快的速度轟擊陰極表面，使陰極內壁的待測元素的原子濺射出來，在陰極腔內形成待測元素的原子蒸氣云。蒸氣云中的待測元素的原子再與電子、惰性氣體原子、離子發生碰撞而被激發，從而發射出所需頻率的光。空心陰極燈陰極發射出的光譜，主要是陰極元素的光譜(待測元素的光譜，另外還雜有內充惰性氣體和陰極雜質的光譜)。

 

　　空心陰極燈的工作原理：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。