利用低压火花单向放电在金属试样表面与下电极之间形成的高温等离子体(3000°C-10000°C)，使金属试样表面的合金元素蒸发进入高温等离子体内，同时吸收能量由基态跃迁到激发态；当元素由激发态返回基态时就会释放出具有特征波长的辐射。检测是否存在特征波长的辐射，即可对元素进行定性分析；对特征波长的强度进行测量即可进行元素定量分析。
早期的光谱分析是利用感光板来记录经分光元件分离后的光强信号，然后再通过人工比较谱线的黑度值来计算试样中元素含量。通常分析一个试样至少需要一个小时以上，且工作范围窄，分析精度差。
直读光谱则是在试样激发产生的复合光经光栅分光后，利用计算机技术处理光电倍增管收到的信号，同时得到试样的含量。一般分析一个试样仅需十几到几十秒，且分析范围宽，分析精度高。
多年来，由于不断地采用了电子学光学和计算机的最新技术以及光谱学最新研究成果，直读光谱技术也得到了不断的发展。目前光谱分析的精度、准确度及灵敏度完全可以和化学分析法媲美；由于碳硫氮氧等元素的光谱分析技术的不断完善，更使其成为冶金行业及机械制造行业进行成分在线控制最为有效且最为经济的解决方案。