Атомні спектри — це характерні набори частот або довжин хвиль, які атоми випромінюють чи поглинають при переходах між квантованими енергетичними станами. Оскільки рівні залежать від Z та електронної структури, спектр кожного елемента має власний впізнаваний малюнок.
Енергії зв’язаних станів дискретні, тому фотон переходу має E=hν=ΔE. Атом не випромінює довільну частоту для даної пари станів.
Збуджений атом може випромінити фотон при переході вниз. Атом у нижчому стані може поглинути фотон, коли його енергія відповідає дозволеній різниці. Обидва процеси відображають ту саму систему рівнів.
Для водню простий закон приблизно −1/n² дає серії Лаймана, Бальмера й Пашена. Вони відповідають переходам до різних кінцевих n і потрапляють у різні ділянки електромагнітного спектра.
Електрон-електронна взаємодія, спін-орбітальний зв’язок та конфігураційна взаємодія створюють значно складніші системи рівнів. Саме тому реальний спектр містить багату інформацію про структуру атома.