吸收谱线可以用来鉴定气体或液体中所含的元素，吸收谱线和发射谱线与原子有特定的关系，因此可以很容易的分辨出光线穿越过介质（通常都是气体）的化学成分。

每一种化学元素都会在几个对应于能阶轨道的特定波长上产生吸收线，例如，吸收白光中的蓝、绿和黄光会呈现红色。这种方法也可以用在不可能直接去测量的恒星和其他的气体上出现的现象。

谱线通常是量子系统（通常是原子，但有时会是分子或原子核）和单一光子相互作用产生的。当光子的能量确实与系统内能阶上的一个变化符合时（在原子的情况，通常是电子改变轨道），光子被吸收。然后，它将再自发地发射，可能是与原来相同的频率或是阶段式的，但光子发射的总能量将会与当初吸收的能量相同，而新光子的方向不会与原来的光子方向有任何的关联。

根据气体、光源和观测者三者的几何关系，看见的光谱将会是吸收谱线或发射谱线。如果气体位于光源和观测者之间，在这个频率上光的强度将会减弱，而再发射出来的光子绝大多数会与原来光子的方向不同，因此观测者看见的将是吸收谱线。如果观测者看着气体，但是不在光源的方向上，这时观测者将只会在狭窄的频率上看见再发射出来的光子，因此看见的是发射谱线。

有一些元素，像是氦、铊、铈等等，都是透过谱线发现的。光谱线也取决于气体的物理状态，因此它们被广泛的用在恒星和其他天体的化学成分和物理状态的辨识，而且不可能使用其他的方法完成这种工作。

同核异能位移是由于吸收光子的原子核与发射的原子核有不同的电子密度。

除了原子-光子的相互作用外，其他的机制也可以产生谱线。根据确实的物理相互作用（分子、单独的粒子等等）所产生的光子在频率上有广泛的分布，并且可以跨越从无线电波到伽马射线，所有能观测的电磁波频谱。

物质中的某个电子从某一低能级的轨道跃迁到某一高能级的轨道需要一定的能量，即需要吸收某一波长的电磁辐射。紫外光谱就是这个原理。

电子的能级用光谱项来描述，一个光谱项代表一个电子能级，一个体系存在很多的能级，每一个能级都可以用一个光谱项符号来表示。