利用低壓火花單向放電在金屬試樣表面與下電極之間形成的高溫等離子體3000°C-10000°C，使金屬試樣表面的合金元素蒸發進入高溫等離子體內，同時吸收能量由基態躍遷到激發態；當元素由激發態返回基態時就會釋放出具有特征波長的輻射。檢測是否存在特征波長的輻射，即可對元素進行定性分析；對特征波長的強度進行測量即可進行元素定量分析。
早期的光譜分析是利用感光板來記錄經分光元件分離后的光強信號，然后再通過人工比較譜線的黑度值來計算試樣中元素含量。通常分析一個試樣至少需要一個小時以上，且工作范圍窄，分析精度差。
直讀光譜則是在試樣激發產生的復合光經光柵分光后，利用計算機技術處理光電倍增管收到的信號，同時得到試樣的含量。一般分析一個試樣僅需十幾到幾十秒，且分析范圍寬，分析精度高。
多年來，由于不斷地采用了電子學光學和計算機的技術以及光譜學研究成果，直讀光譜技術也得到了不斷的發展。目前光譜分析的精度、準確度及靈敏度可以和化學分析法媲美；由于碳硫氮氧等元素的光譜分析技術的不斷*，更使其成為冶金行業及機械制造行業進行成分在線控制zui為有效且zui為經濟的解決方案。