元素空心阴极灯是一种特殊形式的低压辉光放电光源，放电集中于阴极空腔内。当在两极之间施加几百伏电压时，便产生辉光放电。在电场作用下，电子在飞向阳极的途中，与载气原子碰撞并使之电离，放出二次电子，使电子与正离子数目增加，以维持放电。正离子从电场获得动能。如果正离子的动能足以克服金属阴极表面的 晶格能，当其撞击在阴极表面时，就可以将原子从晶格中 溅射出来。除溅射作用之外，阴极受热也要导致阴极表面元素的热蒸发。溅射与蒸发出来的原子进入空腔内，再与电子、原子、离子等发生第二类碰撞而受到激发，发射出相应元素的特征的 共振辐射。
具有寿命长、自动化、易安装、测试严、质量高、检出限低、选择多等多优良特点和优势。在正常工作条件下，空心阴极灯是一种实用的锐线光源。空心阴极灯发射的光谱主要是阴极元素的光谱，因此用不同的被测元素作阴极材料，可制成各种被测元素的空心阴极灯。