原子或離子的電子運動狀態發生變化時發射或吸收的有特定頻率的電磁頻譜。原子光譜的覆蓋範圍很寬，從射頻段一直延伸到X 射線頻段。通常，原子光譜是指紅外、可見、紫外區域的譜。
研究簡史 1814年， J.von夫瑯和費發現太陽光譜中有許多暗線。另外一些科學傢發現瞭許多元素的發射譜線。1859年，R.W.E.本生和G.R.基爾霍夫證明太陽光譜黃光區中的暗 D線就是鈉原子的吸收線。在此此後的研究中，他們查出瞭許多暗線與多種原子的發射譜線相對應，並測量瞭波長。他們通過光譜的研究還發現瞭兩種新的元素：銫和銣。到1868年，A.J.埃斯特朗發表的太陽光譜暗線已有大約1200條之多，其中約800條為地球上已知元素的譜線。從19世紀後期起，陸續發現瞭氫和堿金屬原子光譜的一些線系，並得到瞭經驗規律。這些規律對於玻爾氫原子理論的建立及量子力學的產生和發展是極為重要的。
原子光譜的規律性 原子能態 根據量子力學理論，原子光譜中某一譜線的產生，是與原子中電子在某一對特定能態之間的躍遷相聯系的。原子按照它內部運動狀態的不同，可以處於不同的定態。每一定態具有一定的能量E(n)，它主要包括原子體系內部運動的動能，核與電子間的相互作用能以及電子間相互作用能。能量最低的態叫基態，能量高於基態的叫激發態。激發態的原子可以發射光子，躍遷到較低的能態。反之，較低的能態可以吸收光子，躍遷到較高的激發態。
裡茲組合原則 原子發射或吸收的光子的波長倒數稱波數ṽ，它可由兩項的差數表示
ṽ＝T(n1)-T(n2)，
式中T稱為光譜項。氫原子的光譜項
n為主量子數，RH為裡德伯常數。T(n1)、T(n2)分別是下、上兩能態的光譜項，n1、n2都是正整數，且n2＞n1。除瞭某些限制之外，每一條譜線均可由兩個光譜項之差來表示，這稱為裡茲組合原則，或裡德伯—裡茲組合原則。
能級圖 通常用能級圖表示原子的能態及電子躍遷情況，圖表示氫原子能級圖。在能級圖中，縱坐標表示能量，用水平線表示能級或光譜項。能級間的間隔隨著主量子數的增加而變窄，且當n→∞時趨於零。與不連續項相接，還有一個能量連續區(圖中網紋區)。圖的右邊，能量用波數的單位厘米cm-1表示，它是從上到下遞增的（光譜項的值為正），零值相當於質子與電子完全分離(n=∞)，即原子處於電離狀態。圖的左邊用伏特作單位，並以基態為零。原子中價電子從基態被電離所需的最小能量就是原子的電離能，相應的電位即原子的電離電位。氫的電離電位是13.53V。
原子光譜的精細結構 對堿金屬光譜進一步研究，發現許多譜線是由兩根頻率相差很小的譜線組成。這就是所謂譜線的多重結構，或稱為精細結構（見索末菲橢圓軌道理論、原子光譜的精細結構。對多重結構以及譜線反常塞曼效應的研究，使得S.A.古茲密特和G.E.烏倫貝克於1925年提出瞭電子自旋的假設，它最終導致電子自旋的發現。
原子光譜的超精細結構 由原子核與電子相互作用所引起的光譜線的分裂一般比精細結構分裂小得多，這種更細小的分裂結構稱為超精細結構（見原子光譜的超精細結構。借助於超精細結構，可以瞭解原子核的某些重要性質。
1947年，W.E.蘭姆和R.C.雷瑟福用原子微波譜方法，發現氫原子的能態對狄喇克理論的結果有某些偏離。這就是蘭姆移位。這個發現促進瞭量子電動力學的發展。
塞曼效應和斯塔克效應 把原子置於靜磁場中，譜線發生分裂，這稱為塞曼效應。把原子置於電場中，譜線也會發生分裂，稱為斯塔克效應。研究這些效應，可以瞭解原子的某些磁學性質或電學性質。
應用和發展 用原子光譜可以研究原子結構。由於原子是組成物質的基本單位，所以原子光譜對於研究分子結構、固體結構等也是很重要的。另一方面，由原子光譜又可以瞭解原子的運動狀態，從而可以研究包含這些原子在內的物理過程，例如放電過程等等。
原子光譜的研究對激光器的產生和發展有重要作用。例如，最早制成的氣體激光器──氦氖激光器，它所發射的激光就是氖原子的一條譜線。對原子光譜的深入研究將進一步促進激光的發展，反過來，激光的發展為光譜學研究提供瞭極其有效的手段，使光譜分辨率提高瞭幾個數量級。對強光與原子相互作用的研究，開辟瞭非線性光譜學的新領域，促進瞭原子光譜學的發展，產生瞭激光光譜學。
高激發態、高離化態原子光譜為空間物理、核爆炸、核聚變研究等提供瞭重要的參數。
原子光譜技術也已廣泛地應用於化學、天體物理學、等離子體物理學和一些應用技術學科中。把某些原子產生的激光譜線加以穩頻，已經獲得很高的頻率穩定性和再現性。1983年，國際計量大會通過瞭新的米定義，同時推薦瞭五條激光譜線和三種光譜燈的輻射作為復現米定義的三種方法之一，三種光譜燈是
Kr燈、
Cd燈和
Hg燈，五條激光譜線中也有四條是經過飽和吸收穩頻的原子譜線。此外，利用某些原子微波譜的頻率穩定性已制成瞭原子鐘。
參考書目
H.G.Kuhn，Atomic Spectra， Longmans， London，1962.
G.赫茲堡著，湯拒非譯：《原子光譜與原子結構》，科學出版社，北京，1959。(G.Herzberg，Atomic Spectraand Atomic Structure，Dover，New York，1944.)