原子发光现象是重要的量子现象之一，它反映了原子内部能级的变化。

当原子中的电子受到激发的时候，原子就会释放光子。电子是带负电荷的微粒，绕着原子核（带有净的正电荷）运动。原子中的电子有不同的能级，这取决于很多因素，其中包括电子的速度以及与原子核的距离。不同能级的电子占据不同的轨道。一般说来，能量较高的电子在距离原子核较远的轨道上运动。当原子获得或失去能量时，这个变化就通过电子的运动表现出来。当某物将能量（比如，热量）传递给一个原子时电子就会暂时跃迁到一个更高（离原子核更远）的轨道上。电子在这个位置上仅仅停留很短的时间，它几乎立即就被拉向原子核，回到它的初始轨道。在返回初始轨道的同时，电子会将多余的能量以光子（有时是可见光光子）的形式释放出来。

原子发光现象根据其性质的不同，又可分为自发辐射与受激辐射。

自发辐射是在没有任何外界作用下，激发态原子自发地从高能级（激发态）向低能级（基态）跃迁，同时辐射出一个光子的过程。

若处于高能级上的原子，受到能量为hν12=E2-E1的外来光子的激励，由高能级受迫跃迁到低能级，同时辐射出一个与激励光子全同的光子。该过程则称之为受激辐射。

原子光谱的覆盖范围很宽，从射频段一直延伸到X射线频段。通常，原子光谱是指红外、可见、紫外区域的谱线。