O princípio principal da espectroscopia de absorção atômica é que átomos de diferentes elementos absorvem e reemitem luz de maneiras diferentes. Nesta técnica de caracterização, um dispositivo extremamente sensível à luz chamado fotômetro mede o quanto a luz passa por um material e quanto é absorvido para identificar os elementos presentes.
Diferentes elementos absorvem diferentes comprimentos de onda de luz. Essas ondas de luz absorvidas excitam os elétrons dos átomos de um elemento, fazendo-os saltar para níveis de energia mais elevados em torno do núcleo do átomo. Na espectroscopia de absorção atômica, uma fonte de feixe que emite um conjunto de comprimentos de onda conhecidos ou um espectro contínuo é iluminada como uma amostra fina ou uma solução. Conforme os diferentes comprimentos de onda de luz passam pela amostra, eles encontram diferentes elementos que absorvem ou passam ao longo da luz, dependendo do comprimento de onda característico dos átomos da amostra.
Em frente à fonte do feixe, um detector eletrônico de luz sensível mede a amplitude ou intensidade de diferentes comprimentos de onda de luz depois que passam pela amostra. Regiões do espectro com intensidade diminuída indicam a absorção de comprimentos de onda específicos. Esses comprimentos de onda específicos correspondem a átomos específicos, que podem ser identificados pela comparação desses comprimentos de onda ausentes com os espectros elementares listados em uma tabela ou banco de dados eletrônico. A espectroscopia atômica é comumente usada para analisar os espectros de planetas e estrelas para estimar a composição desses corpos celestes.