原子吸收光譜儀主要分為光源、原子化器、分光系統、檢測系統，四個主要部分。
一、空心陰極燈
空心陰極燈是原子吸收光譜儀的光源，其結構中最主要的部分是空心（杯形）陰極，由待測元素本身或其合金做成。所以測定某個元素就要用該元素的燈，也就是是一個元素一個燈。整個燈熔封后充以低壓的氖或氬氣，成為一種特殊形式的輝光放電管。當兩極加上一定電壓導通之后，氖或氬電離，碰撞陰極內壁濺射出待測元素原子，這些原子再與氖或氬電子、離子等碰撞被激發發光，輻射出待測元素的特征譜線（元素共振線）。譜線通過火焰，被待測原子吸收，產生吸收信號。
評價一個燈的優劣主要看發光強度，所發光的穩定性，測定的靈敏度及燈的壽命長短。
正常的元素燈，在規定電流及適當的狹縫寬度（及增益）下，光電倍增管的高壓在300～600或650之間應能調到儀器表頭指針滿刻度。多數燈五分鐘漂移小于1％，背景強度不大于1％，在滿足以上條件下，測定時靈敏度高，檢測限低的燈比較好。
燈在點燃后要從燈的陰極輝光的顏色判斷一下燈的工作是否正常（觀察空心陰極的發光）。 充氖氣的燈負輝光的顏色是橙紅色，充氬氣的燈正常是淡紫色，汞燈時藍色。燈內有雜質氣體存在時，負輝光的顏色變淡。如充氖氣的燈，顏色可變成粉紅色，發藍或發白。此時應對燈進行處理。
使用燈時，注意燈的極性不要接反，燈的管腳標準接法應為3、7腳為陽極，1、5腳為陰極。極性接反時陰極發光很弱而陽極輝光很強。
燈在其壽命接近終結時發光明顯不穩定，或發光部位不對，靈敏度大幅度下降。燈若損壞漏氣時，就會不亮。
燈在正常使用時應選用燈上表明的工作電流，或使用標明的最大電流的三分之一。使用前先預熱20～30分鐘，使燈發射穩定。燈的品質不同所選用的陰極材料不同，使用電流也不同。一般高熔點的燈，如鎳、鈷、鈦、鉭、鋯等的燈使用電流可大些。易濺射和低熔點的燈，使用電流以小為宜，如鉍、鉀、鈉、銣、銫、鍺、鎵等的燈。
元素燈長期不用，應定期（每月或每隔二、三月）點燃一次，即在工作電流下點燃1小時。若燈內有雜質氣體輝光不正常，可進行反接處理。若陽極是圓環狀可將陰極接正，電流100mA,通電1～2分鐘。若陽極是棒狀，位于一側，可通20～30mA電流，通電20～60分鐘。元素燈應輕拿輕放，低熔點的燈在用完后，要徹底冷卻再移動。元素燈是原子吸收光譜儀上的重要部件，應仔細維護和使用。
原子吸收光譜測定除使用空心陰極燈作為光源而外，有些儀器上還可以使用無極放電燈。有些元素（如砷、硒、磷等）發射強度要比空心陰極燈高達幾十倍到幾百倍，是很好的補充光源。
二、火焰原子化器
原子吸收測定須將試樣轉變成自由原子蒸氣。轉變的方式是通過熱離解，即通過火焰或電加熱的設備提供能量。火焰原子化器，由霧化器、霧化室及燃燒器三部分組成。試樣溶液被霧化器噴成細霧，干燥、熔化、蒸發成氣態分子，再在火焰中離解成原子。
1、霧化器
霧化器又稱噴霧器，當壓縮空氣從毛細管前端的小孔高速噴射出來時，造成的負壓將溶液由毛細管吸上來，在氣流中分散成非常細的霧滴，霧滴直徑多在10μm一下，形成的霧噴射出來像輕飄飄的云霧一樣。毛細管的前端有的帶有喉管及撞散球，以使霧粒更細。霧粒越細就越容易干燥、熔化、氣化，也就會產生更多的自由原子蒸氣。所以霧粒越細測定的靈敏度就越高。說霧化器是影響測定靈敏度的主要部件，關鍵的問題就是要把毛細管前端的上下位置（深度）和毛細管與噴口的同心度調節到最佳位置。
毛細管吸噴溶液的速率稱之為吸噴速率或稱為吸夜量（毫升/分）。一般噴霧器的吸液量為3～12毫升/分。吸噴的溶液一部分變成細霧粒進入火焰，另一部分變成大滴進入廢液排水管。被霧化的溶液量與廢液量之比稱為霧化效率。一般霧化器所能達到的霧化效率僅為百分之十幾，大部分溶液從廢液管排出。
一般來說，毛細管道深度（上下位置）決定噴霧器的吸液速率，而毛細管與噴口的同心度決定噴霧器的霧化效率，發現噴霧器的靈敏度下降，應及時進行調節，以獲得最佳靈敏度。
2、霧化室
霧化室由金屬、金屬加塑料鍍層或玻璃制成（玻璃霧化室外加防護套），內有回火安全塞及廢液排除口。廢液排除管內徑應不少于8mm，一般用聚乙烯管。排除管應帶水封（水封高度約為10cm),以防空氣、乙炔由排水管流出。廢液排除不流暢將影響測定。
3、燃燒器
由于燃氣、助燃氣和樣品溶液噴成的細霧都預先在霧化室里混合再進入燃燒器，所以是預混合型的層流燃燒器，這類燃燒器的燃燒火焰穩定，層次清晰。
燃燒器在使用過程中要注意清洗及清理，縫口應光潔無沉積鹽，火焰不應帶有缺口。在測定前應點燃火焰預熱燃燒器，使燃燒器溫度穩定。
4、氣源
（1）空氣 空氣由壓縮空氣鋼瓶、活塞式空氣壓縮機或膜動式空氣壓縮機供給。活塞式空氣壓縮機的出口壓力為4～6公斤/平方厘米，應配空氣過濾減壓閥，調節出口壓力為1.5～2公斤/平方厘米左右。膜動式壓縮機，一般由安全閥排氣調到使用壓強。空氣經轉子流量計流入霧化器。在濕度大的地方，氣路可加氣水分離器除水。
（2）乙炔 乙炔由鋼瓶或乙炔發生器供給。乙炔鋼瓶內的最大壓強為15公斤/平方厘米。乙炔溶于吸收在活性炭上的丙酮內。當鋼瓶壓強在5公斤/平方厘米時就應更換。
使用乙炔應注意安全，燃氣鋼瓶與乙炔發生器附近不應該有明火，燃氣管路上最好有一快速開關。目前均使用帶針形閥的流量計作為開關，做完實驗后應將發生器內的余氣燒掉。
（3）笑氣 （氧化亞氮）笑氣由笑氣鋼瓶供給，鋼瓶裝有液化氣體，瓶內壓強約70公斤/平方厘米，減壓后使用。使用笑氣—乙炔火焰應小心，注意防止回火，禁止直接點燃笑氣－乙炔火焰。點燃時，應先點燃空氣－乙炔火焰并調節出富燃火焰，再過渡到笑氣－乙炔火焰，并保持為“富燃”（保持有桃紅色的中間層火焰，是笑氣－乙炔火焰“富燃”的特征）。霧化室應裝有安全塞，當回火時安全塞被沖開而不造成其它破壞。
三、光學系統
原子吸收光譜儀的光學系統的主要部件事單色器，由光柵和反射鏡等組成。單色器的光入射口及出射口裝有入射狹縫及出射狹縫，這些部分分裝在儀器內，不能用手去摸光柵或用透鏡紙去擦光柵。光柵應避免受潮，經常更換干燥劑，光源后邊的透鏡（對于雙光速儀器則還有半透半反射旋轉切光器；對于直源供電的光源則為斬光器），及入射前的透鏡，在儀器外可以看到，稱為外光路。外光路有時只有一束光從光源出發通過燃燒器的上方進入單色器，這種儀器構形稱為單光束。若光源發出的光被帶反射鏡的旋轉切光器分為兩束光一束通過火焰，另一束為參比光束，這種構形的儀器稱為雙光束。雙光束儀器比較復雜，其主要特點就是克服了光源的漂移波動。
對外光路的調節，主要的是要使光源發出的光通過燃燒器的正上方。可用檔光桿或白紙檢查光源光束的焦點位置。
四、檢測系統
光源發出的光經過火焰被吸收一部分后，經光柵單色器分光將待測譜線發出的信號輸入到光電倍增管，變成電信號，最后在表頭及數字顯示器或記錄儀上顯示出來。多數儀器具備對數轉換檔，可將透過率成正比的光信號，經過對數轉換變成與吸光讀數成線性關系，從而可以通過標尺擴展檔或標尺縮小檔（即吸光讀數增益或衰減）將讀數調節成濃度值。測定大量樣品時可直接讀出濃度值。這種做法叫“濃度直讀”。