氣態自由原子吸收特征波長輻射后，原子的外層電子從基態或低能級躍遷到高能級經過約10-8s，又躍遷至基態或低能級，同時發射出與原激發波長相同或不同的輻射，稱為原子熒光。原子熒光分為共振熒光、直躍熒光、階躍熒光等。   

發射的熒光強度和原子化器中單位體積該元素基態原子數成正比，式中：I f為熒光強度；φ為熒光量子效率，表示單位時間內發射熒光光子數與吸收激發光光子數的比值，一般小于1；Io為激發光強度；A為熒光照射在檢測器上的有效面積；L為吸收光程長度；ε為峰值摩爾吸光系數；N為單位體積內的基態原子數。   

原子熒光發射中，由于部分能量轉變成熱能或其他形式能量，使熒光強度減少甚至消失，該現象稱為熒光猝滅。