利用原子熒光譜線的波長和強度進行物質的定性與定量分析的方法。原子蒸氣吸收特征波長的輻射之后，原子激發到高能級，激發態原子接著以輻射方式去活化，由高能級躍遷到較低能級的過程中所發射的光稱為原子熒光。當激發光源停止照射之后，發射熒光的過程隨即停止。原子熒光可分為3類：即共振熒光、非共振熒光和敏化熒光，其中以共振原子熒光zui強，在分析中應用zui廣。共振熒光是所發射的熒光和吸收的輻射波長相同。只有當基態是單一態，不存在中間能級，才能產生共振熒光。非共振熒光是激發態原子發射的熒光波長和吸收的輻射波長不相同。非共振熒光又可分為直躍線熒光、階躍線熒光和反斯托克斯熒光。直躍線熒光是激發態原子由高能級躍遷到高于基態的亞穩能級所產生的熒光。階躍線熒光是激發態原子先以非輻射方式去活化損失部分能量，回到較低的激發態，再以輻射方式去活化躍遷到基態所發射的熒光。直躍線和階躍線熒光的波長都是比吸收輻射的波長要長。反斯托克斯熒光的特點是熒光波長比吸收光輻射的波長要短。敏化原子熒光是激發態原子通過碰撞將激發能轉移給另一個原子使其激發，后者再以輻射方式去活化而發射的熒光。

根據熒光譜線的波長可以進行定性分析。在一定實驗條件下，熒光強度與被測元素的濃度成正比。據此可以進行定量分析。原子熒光光譜儀分為色散型和非色散型兩類。兩類儀器的結構基本相似，差別在于非色散儀器不用單色器。色散型儀器由輻射光源、單色器、原子化器、檢測器、顯示和記錄裝置組成。輻射光源用來激發原子使其產生原子熒光。可用連續光源或銳線光源，常用的連續光源是氙弧燈，可用的銳線光源有高強度空心陰極燈、無極放電燈及可控溫度梯度原子光譜燈和激光。單色器用來選擇所需要的熒光譜線，排除其他光譜線的干擾。原子化器用來將被測元素轉化為原子蒸氣，有火焰、電熱、和電感耦合等離子焰原子化器。檢測器用來檢測光信號，并轉換為電信號，常用的檢測器是光電倍增管。顯示和記錄裝置用來顯示和記錄測量結果，可用電表、數字表、記錄儀等。原子熒光光譜分析法具有設備簡單、靈敏度高、光譜干擾少、工作曲線線性范圍寬、可以進行多元素測定等優點。在地質、冶金、石油、生物醫學、地球化學、材料和環境科學等各個領域內獲得了廣泛的應用。