Физическая природа спектральных линий в атомной физике заключается в переходах между дискретными уровнями энергии в квантовых системах: молекулах, атомах и ионах, а также атомных ядрах. 1

Когда электрон переходит с одного энергетического уровня на следующий, он излучает или поглощает свет заданной длины волны. 2 У каждого химического элемента атомы и ионы имеют собственную структуру энергетических уровней, и набор спектральных линий у них уникален, что позволяет по спектральным линиям определять присутствие и количественное содержание тех или иных химических элементов в исследуемом объекте. 1

Также спектральные линии могут порождаться, например, циклотронным излучением и процессами в плазме. 1

Свойства различных состояний атомов описывает квантовая механика, в основу которой положены постулаты, сформулированные одним из её основоположников, датским физиком Нильсом Бором. 3