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原子吸收是基态原子受激吸收跃迁的过程。当有辐射通过自由原子蒸气，且入射辐射的频率等于原子中外层电子由基态跃迁到较高能态所需能量的频率时，原子就产生共振吸收，由基态跃迁至激发态。由于原子的能级是量子化的，因此，原子对辐射的吸收是有选择性的。由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同，从基态跃迁至第一激发态时所吸收的能量Δ E 不同，因而各元素的共振吸收线具有不同的波长。
式中 h ——普朗克常量；
ν ——辐射的频率；
c ——光速；
λ ——辐射的波长。
原子吸收谱线主要位于紫外区和可见区。
原子吸收谱线呈线状，但并不是严格几何意义上的线，它占据着一定的波长范围，只是宽度很窄，约10 -2 nm。温度、压力、磁场等因素可导致谱线展宽，展宽幅度一般为10 -4 ~10 -3 nm。
温度展宽又称为多普勒展宽，是由原子热运动引起的。相对原子量越小，温度越高，展宽现象越严重，反之亦然。压力展宽又称为碰撞展宽，是由原子间的相互碰撞引起的。激发态的平均寿命越长，对应的谱线宽度就越窄，而碰撞缩短激发态的平均寿命。激发态原子与同种元素基态原子碰撞引起的展宽称为共振展宽（霍兹玛克展宽）；激发态原子与其他元素的原子碰撞引起的展宽称为洛伦兹展宽。此外，一些其他因素也可导致谱线变宽，如场致变宽、自吸效应等。
一定条件下，基态原子数 N 0 正比于吸收曲线包括的面积。若要准确测量该面积积分吸收值，需要10 -5 nm的分光能力，目前尚无手段能够达到。通常以测量峰值吸收代替积分吸收。在通常的原子吸收分析条件测试下，若吸收线的轮廓主要取决于多普勒变宽，则峰值吸收系数 K 0 与基态原子 N 0 成正比
采用发射线半宽度显著小于吸收线半宽度的锐线光源（如空心阴极灯），则可以通过测量峰值吸收进行定量分析。
在通常的原子吸收测定条件下，由于温度不高（低于3 500℃），原子蒸气中的激发态原子相对于基态原子可忽略不计，因此基态原子数 N 0 近似等于总原子数 N 。
当使用待测元素的特征辐射为光源时，Δ λ 很小，可近似地认为吸收系数 k′ 为常数，即在中央波长附近的Δ λ 范围内不随波长而改变
A = k′N 0 L
由于一定实验条件下，被测元素的含量或浓度 c 与原子蒸气相中的原子总数 N 之间保持一定的比例关系，即
N 0 = αc
所以，当仪器条件确定时
A = k′αc L = kLc = Kc