هر عنصر تنها طول موجهای خاصی را که مشخصه آن است جذب یا گسیل میکند به این دلیل است که الکترونها در اتمها تنها میتوانند در سطوح انرژی خاصی قرار بگیرند. این سطوح انرژی به صورت گسسته هستند و هر عنصر دارای ساختار اتمی منحصر به فردی است که سبب میشود الکترونها در این سطوح انرژی خاص قرار بگیرند.
زمانی که یک الکترون به انرژی کافی دست مییابد (معمولاً از طریق جذب نور یا گرما)، میتواند از سطح انرژی پایینتر به سطح انرژی بالاتر منتقل شود. این انتقال انرژی تنها در صورت وجود انرژی مناسب (که معادل با اختلاف انرژی بین دو سطح انرژی است) امکانپذیر است. پس از اینکه الکترون به سطح انرژی بالاتر منتقل شد، اگر بخواهد به سطح انرژی پایینتر برگردد، انرژی اضافی را به شکل فوتون آزاد میکند. طول موج این فوتون که مشخصه آن عنصر است، مشخص به اختلاف انرژی بین دو سطح انرژی میباشد.
به همین دلیل، هر عنصر طول موجهای خاصی در طیف جذب یا گسیل خود دارد که به ساختار الکترونی و سطوح انرژی آن مربوط میشود. به طور خلاصه، این خاصیت به دلیل وجود سطوح انرژی گسسته در اتمها و رفتار الکترونها در آن سطوح است.