Máy quang phổ phát xạ (OES) là một thiết bị đo cường độ của các phổ đồng thời có trong ánh sáng phát ra từ mẫu khi các nguyên tử nhận được nguồn năng lượng từ bên ngoài. Ánh sáng thu được để phân tích thông thường có bước sóng từ 150 đến 800nm . Do đó, toàn bộ hệ thống đo dựa trên hiện tượng vật lý này có thể được miêu tả tóm tắt như sau :

Khi năng lượng nhất định được kích thích vào một nguyên tử thì trạng thái bền vững của nó không còn tồn tại nữa và một số electron thay đổi quỹ đạo của nó . Trạng thái này chỉ tồn tại trong 1 thời gian rất nhỏ và có xu hướng quay lại trạng thái cơ bản ban đầu (trạng thái bền vững).  Khi các electron quay trở lại quỹ đạo ban đầu của nó, chúng giải phóng năng lượng mà chúng đã hấp thụ được dưới dạng bức xạ quang học ở một bước sóng xác định. Phân tích quang phổ phát xạ dựa trên hiện tượng nguyên tử và do đó, thực tế, là nó  không bị ảnh hưởng bởi các dạng hóa chất hoặc tinh thể của nguyên tử. Điều này có nghĩa khi máy xác định , ví dụ nguyên tốc Si-lic có trong thép nhưng máy sẽ không cung cấp thông tin về trạng thái của Si-lic có trong thép. Dưới đây là sơ đồ biểu diễn đơn giản quá trình kích thích  :

Mỗi một nguyên tố khi được kích thích sẽ phát ra một ánh sáng đặc trưng riêng biệt và có bước sóng riêng biệt tương ứng với đặc trưng của nguyên tố đó. Mẫu phân tích có nhiều nguyên tố nên khi được kích thích, chúng  phát ra 1 tổ hợp các ánh sáng đặc trưng cho từng nguyên tố giao thoa với nhau thành chùm sáng. Với hệ thống tán sắc có trong máy OES, các bước sóng đặc trưng cho từng nguyên tố có trong chùm sáng sẽ được tách ra. Bằng cách đo cường độ phát sáng thông qua cảm biến là ống nhân quang (Photomultiplier - PMT) và máy tính có cài sẵn phần mềm phân tích sẽ xử lý kết quả thu thập được và máy OES có thể xác định hàm lượng của nguyên tố có mặt trong mẫu kiểm tra