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。