其原理為：當金屬被能量激發時，根據量子力學理論，原子的殼層電子會被激發到較高能級的外層軌道上，處于不穩定狀態。在一定條件下，它從高能級躍遷到低能級就會發出光子，發出特征譜線。各種元素都有不同的特征譜線，這些譜線經過光學系統進行分光，色散成按波長排序的一系列連續光譜，再經過光電轉換元件把光信號直接轉換為電信號。后計算機測量系統就可以通過計算某元素特征譜線的強度來確定元素的百分含量。

正是因分析速度快，分析結果可靠等優點，直讀光譜儀在工業生產中有非常廣泛的應用，適用于鋼鐵、冶金、鑄造、機械加工等行業的來料檢驗、質量控制及出廠檢驗等，是冶金爐前快速定量分析、金屬材料質量監控的好助手。