空心阴极灯是一种气体放电管，钨棒构成的阳极和一个圆柱形的空心阴极，空心阴极是由待测元素的纯金属或合金构成，或者由空穴内衬有待测元素的其它金属构成。当在正负电极上施加适当电压时，在正负电极之间便开始放电，这时，电子从阴极内壁射出，经电场加速后向阳极运动。
 

　　电子在由阴极射向阳极的过程中，与载气(惰性气体)原子碰撞使其电离成为阳离子。带正电荷的惰性气体离子在电场加速下，以很快的速度轰击阴极表面，使阴极内壁的待测元素的原子溅射出来，在阴极腔内形成待测元素的原子蒸气云。蒸气云中的待测元素的原子再与电子、惰性气体原子、离子发生碰撞而被激发，从而发射出所需频率的光。空心阴极灯阴极发射出的光谱，主要是阴极元素的光谱(待测元素的光谱，另外还杂有内充惰性气体和阴极杂质的光谱)。

 

　　空心阴极灯的工作原理：当空心阴极灯通过内部的低压气体在两个电极之间产生放电现象时，阴极会受到大量电子、加速冲向电极表面的带电气体离子(也就是充入气体的离子)的轰击。这些离子的能量非常强，以至于可以促使阴极材料的原子从表面脱离或“溅射”进入等离子区。溅射的离子在此处还会与其它高能的物质相互碰撞。碰撞的结果导致能量转移，金属原子跃迁至激发态。由于激发态不稳定，原子会自发回到基态，同时发射出特定波长的共振线。很多元素都具有多条共振线供分析使用。