スペクトル線とは、均一で連続スペクトルに見られる暗線または明線のことで、近くの周波数と比較して狭い周波数帯の光子の過剰または欠乏により発生するものです。
スペクトル線は、量子系（通常は原子ですが、分子や原子核の場合もあります）と単一光子との間の相互作用の結果です。 光子が系のエネルギー状態を変化させるにちょうどよいエネルギーを持っているとき（原子の場合、これは通常、電子が軌道を変えることである）、光子は吸収される。 このとき、放出される光子のエネルギーの和は、吸収された光子のエネルギーと同じになる。 新しい光子の方向は、元の光子の進行方向とは関係ありません。
ガス、光源、観測者の形状によって、輝線または吸収線が生成されることになります。 光源と観測者の間にガスがある場合、再放出される光子のほとんどが元の光子とは異なる方向に向かうため、入射光子の周波数の光の強度が減少する。 これが吸収線となる。 もし、観測者がガスを見ていても、元の光子源を見ていなければ、狭い周波数帯で再放出された光子だけが観測されることになります。
吸収線と輝線は非常に原子に特有であり、光を透過させることができる媒体（通常はガスが使われる）の化学組成を簡単に特定するのに利用できる。 ヘリウム、タリウム、セリウムなど、いくつかの元素が分光学的手法で発見された。 スペクトル線はガスの物理的条件にも依存するので、他の方法では分析できない星や天体の化学組成、温度などの物理的条件を決定するのに広く用いられています。
異性体シフトとは、吸収核が放出核と異なるs電子密度を持つために吸収線が変位することをいいます。 分子や単粒子などとの正確な物理的相互作用によって、関係する光子の周波数は大きく異なり、電波からガンマ線まで、すべての電磁波スペクトルで線が観測されることがあります。