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原子吸收分光光度计由光源、原子化系统、分光系统和检测系统等组成。
光源的作用是发射出能被被测元素吸收的特征波长谱线。对光源的基本要求是发射的特征波长的半宽度要明显小于吸收线的半宽度，辐射强度大，背景低，稳定性好，噪声小及使用寿命长。目前主要采用的是空心阴极灯，其结构如图3-1所示。
它是由封在玻璃管中的一个钨丝阳极和一个由被测元素的金属或合金制成的圆筒状阴极组成，内充低压的氖气或氩气。空心阴极灯的发光是辉光放电，放电集中在阴极空腔内。将空心阴极灯放电管的电极分别接在电源的正负极上，并在两极之间加300~500V电压后，在电场的作用下，从阴极发出的电子向阳极做加速运动，电子在运动中与载气原子发生非弹性碰撞，产生能量交换，载气原子引起电离并放出二次电子，使电子与正离子数目增加。正离子从电场中获得能量并向阴极做加速运动，当正离子的动能大于金属阴极表面的晶格能时，正离子碰撞在金属阴极表面就可以将原子从晶格中溅射出来。阴极表面受热，也会导致其表面元素的热蒸发。溅射与蒸发出来的原子进入空腔内，再与电子、原子、离子等发生非弹性碰撞而受到激发，发射出相应元素的特征的共振辐射。
图3-1 空心阴极灯的结构示意图
1—紫外玻璃窗口;2—逐级密封;3—玻璃套;4—云母屏蔽;5—阴极;6—支架;7—八脚管座;8—连接管脚;9—阳极;10—石英窗口
原子化器的作用是提供足够的能量，使样品中的分析物干燥、蒸发并转变为基态原子。原子化方法主要分为火焰、非火焰（石墨炉电热原子化法），还有氢化物法和冷原子蒸气法等低温原子化方法。
常用的火焰原子化器是预混合型原子化器，如图3-2所示，由雾化器、混合室和燃烧室组成。
雾化器是原子化器的主要部件，它的作用是将试样溶液进行雾化，使之能成为微米级的气溶胶。对雾化器的要求是喷雾要多，雾滴直径小，雾滴均匀、喷雾速度稳定。
混合室的作用是使较大的气溶胶在室内凝聚为大的溶珠，沿室壁流入泄液管排走，使进入火焰的气溶胶更为均匀。同时，使燃气与助燃气、气溶胶在混合室充分混合均匀以减少它们进入火焰时对火焰的扰动，并让气溶胶在室内部分蒸发脱溶。
燃烧室的作用是产生火焰，使进入火焰的气溶胶蒸发和原子化。最常用的乙炔-空气火焰可以获得约2 300℃的最高温度，可测定30多种金属元素。乙炔-氧化亚氮火焰可获得2 955℃的最高温度并具有还原性，适宜测定易形成氧化物及难原子化的金属元素。
常用的非火焰原子化器是管式石墨炉原子化器，如图3-3所示。它主要由电源、炉体和石墨管组成，另有水冷外套和惰性气体保护控制系统。固体或液体试样用进样器定量注入石墨管中，并以石墨管作为电阻发热体，通电后迅速升温，使试样达到原子化的目的。
图3-2 混合型火焰原子化器
外电源加在石墨管两端，供给原子化器能量，电流通过石墨管产生3 000℃高温，使置于石墨管中的被测元素变为基态原子蒸气。在仪器启动后，保护气氩气流通，空烧完毕，切断氩气流。外气流中的氩气沿石墨管外壁流动，以保护石墨管不被烧蚀，内路的氩气从管两端流向管中心，由管中心孔流出，以有效地除去在干燥和灰化过程中产生基体成分，同时保护已经原子化了的原子不再被氧化。在原子化阶段，停止通气，以延长原子在吸收区内的平均停留时间，避免对原子蒸气的稀释。
石墨炉的优点是试样原子化效率高，不被稀释，原子在吸收区域平均停留时间长，灵敏度比火焰法高。石墨炉加热后，由于有大量碳存在，还原气氛强。石墨炉温度可调，如有低温蒸发干扰元素，可以在原子化温度前分馏除去。样品用量少，并且可以直接固体进样。原子化温度可以自由调节，因此可以根据元素的原子化温度不同，选择控制温度。
石墨炉的缺点是装置复杂。当样品基体蒸发时，可能造成较大的分子吸收，石墨管本身的氧化也会产生分子吸收，石墨管等固体粒子还会使光散射，背景吸收大，要使用背景校正器校正。管壁能辐射较强的连续光，噪声大。因为石墨管本身的温度不均匀，所以要严格控制加入样品的位置，保证测定的重现性和精度。
图3-3 管式石墨炉原子化器
在原子吸收分光光度法中，所发射的光谱，除了含有待测原子的共振线外，还含有待测原子的其他谱线、元素灯填充气体发射的谱线、灯内杂质气体发射的分子光谱与阴极材料中其他杂质元素的谱线等。单色器的作用就是要把待测元素的共振线和其他谱线分开，以便进行测定。单色器由入射狭缝和出射狭缝、反射镜、聚光镜和色散元件组成。色散元件主要是光栅，放在原子化器之后，阻止来自原子化器内的所有不需要的辐射进入检测器。
检测系统包括检测器和信号处理、显示记录软件。检测器一般采用光电倍增管，它是一种利用二次电子发射放大光电流来将微弱的光信号转变为电信号的器件。由一个光点发射阴极、一个阳极和若干倍增级所组成。当光阴极收到光子的碰撞时，发出光电子。光电子再继续碰撞倍增级，产生多个次级电子，这些电子再与下一级倍增级相碰撞，电子数依次倍增，经过9~16级倍增级，放大倍数可达到10 6 ~10 9 。最后测量的阳极电流与入射光强度及光电子倍增管的增益成正比。改变光电倍增管的负高压可以调节增益，从而改变检测器的灵敏度。