谱线在均匀且连续的光谱上表现为明亮或黑暗的线条，它们源于光子在一个狭窄的频率范围内比附近其他频率展现出更多的或更少的光子数量。这种现象通常由量子系统（如原子、分子或原子核）与单一光子之间的交互作用引起。当光子的能量与系统内部能级的变化相匹配时，光子被吸收，随后再次以不同的频率或阶段式地发射，但发射光子的总能量会与被吸收的能量相等，且新光子的方向与原光子无关。
根据气体、光源和观测者三者之间的几何关系，观测到的光谱可以是吸收谱线或发射谱线。当气体位于光源和观测者之间时，吸收谱线会出现在光谱上，因为光的强度在特定频率上减弱，而发射出来的光子方向与原始光子方向不一致。相反，若观测者处于气体而非光源方向，则会观察到发射谱线，此时仅在狭窄的频率范围内检测到光子。
吸收谱线和发射谱线与原子结构密切相关，因此能够轻易辨别光线穿透介质（通常是气体）的化学成分。例如，氦、铊、铈等元素就是通过光谱线被发现的。光谱线还受到气体物理状态的影响，广泛应用于恒星及其他天体的化学成分和物理状态识别，而这是其他方法无法实现的任务。
除了原子-光子的交互作用外，其他物理机制也能产生谱线。根据具体的物理交互作用（如分子、单个粒子等）产生的光子具有广泛的频率分布，跨越从无线电波到伽马射线的所有可观测电磁波频谱。详情
