白光经过介质后，展开为单色光的现象称为色散（也称为分光）。介质对光的折射率与波长有关，且关系较为复杂。从实验获得的折射率n与波长λ的色散曲线如图F1－1所示。

从图中可以看出，波长增加时折射率在减小，曲线的斜率（也称色散率）也在减小，这样的色散称正常色散。各种介质的色散曲线的形状都不一样。所以各种材料做成的棱镜，得到的光谱所对应的谱线间隔不会完全一致，这一点有别于光栅分光。

假如一束光包含λ1、λ2且λ1＜λ2，以i为入射角射入如图F1－2所示的三棱镜，经第一次折射后。根据折射定律n＝sin i/sin r，由于折射率的不同，r1＜r2经过另一面的二次折射，使出射光分开。这就是棱镜分光的基本原理。

棱镜光谱仪在工作时总是使棱镜工作在最小偏向角或接近于最小偏向角的条件下。通常选择光谱范围中间波长满足最小偏向角条件，这是因为达到最小偏向角时通过棱镜的光路完全对称，棱镜内部光线几乎平行于棱镜底边。光路对称，一方面便于设计，同时棱镜产生的像差（球差、像散等）最小，棱镜不产生附加的横向放大率。