空心阴极灯是一种特殊形式的低压气体放电光源，放电集中于阴极空腔内。当在两极之间施加200V-500V电压时，便产生辉光放电。在电场作用下，电子在飞向阳极的途中，与载气原子碰撞并使之电离，放出二次电子，使电子与正离子数目增加，以维持放电。
正离子从电场获得动能。如果正离子的动能足以克服金属阴极表面的晶格能，当其撞击在阴极表面时，就可以将原子从晶格中溅射出来。除溅射作用之外，阴极受热也要导致阴极表面元素的热蒸发。溅射与蒸发出来的原子进入空腔内，再与电子、原子、离子等发生第二类碰撞而受到激发，发射出相应元素的特征的共振辐射。与此同时，HCL所发射的谱线中还包含了内充气、阴极材料和杂质元素等谱线。
因为灯内填充气体压力低，压力变宽很小；阴极温度较低，热变宽也很小；同时，因为气体密度低，自吸变宽也不存在。HCL基本满足发射谱线的半宽度窄、谱线强度大且稳定、谱线背景小、操作方便和经久耐用等锐线光源的基本要求。并且，当采用较大的灯电流时，HCL所发射谱线半宽度变宽和谱线强度增高，此时检测器的负高压降低，吸光度读数稳定。
空心阴极灯的质量检查
在原子吸收分析中，空心阴极灯的性能直接影响分析结果。因此，检查灯的质量是原子吸收分析中的一个重要工作，通常从如下几方面检查：
（1）光谱扫描法。采用光谱扫描法，达到下列要求即认为灯的质量合格。
光强：在其大工作电流的1/3—2/3范围内，对共振线进行光谱扫描，透光率达到99%，或配用记录仪器（10mv）达到满度。程序控制仪器将会自动显示。
背景：共振线两侧的背景强度≤1%，注意不同的元素有不同的要求。
稳定性：经充分预热后（一般20—30min），发光稳定度≤1%30min（所有的仪器本身的漂移应（1%）。
（2）定期检查，点燃空心阴极灯，观察灯的辉光颜色。充氖气的灯，正常为橙红色氖光，有杂质时变淡（橙红→粉红→白光）。充氩气的灯，正常为淡紫色，有杂质时变淡，不如氖变化明显。灯内如果存在惰性气体以外的杂质气体时，将使灯的发射减弱，甚至出现分子线或“背景发射”，结果使测定灵敏度下降和工作曲线弯曲。
（3）测定灵敏线，通常测定某一元素测定的特征浓度，灵敏度高的灯质量较好。
