原子吸收法的原理基於原子蒸氣中基態原子對其原子共振輻射的吸收進行元素定量分析。當特定頻率的輻射通過自由原子蒸氣時，如果入射輻射的頻率等於原子中電子從基態躍遷到第一激發態所需的能量頻率，電子會吸收能量並躍遷到激發態，同時產生原子吸收光譜。這種共振吸收現象允許根據光線被吸收後的減弱程度來判斷樣品中待測元素的含量。
在固定實驗條件下，如溫度和吸收光程，樣品中待測元素的基態原子對特定波長的光產生吸收，其吸光度(A)與樣品中該元素的濃度(C)成正比，即 \( A = KC \)，其中K為常數。通過測量標準溶液及未知溶液的吸光度，並已知標準溶液濃度，可以製作標準曲線，從而求得未知液中待測元素的濃度。這種方法適用於樣品中微量及痕量組分的分析。
原子吸收光譜法的理論基礎還包括Boltzman分布定律，它描述了在一定溫度下，基態與激發態原子數的比例關係。在原子吸收光譜測定中，原子化溫度通常低於3000K，因此大多數元素的最強共振線波長低於600 nm，基態原子數可以近似等於總原子數。原子吸收光譜線具有相當窄的頻率或波長範圍，透過光的強度I服從吸收定律 \( I = I0 \exp(-kl) \)，其中k是基態原子對光的吸收係數。