自從原子熒光現象發現以來，已觀察到多種原子熒光光譜的類型。一般來說，應用在分析上最基本的形式主要有共振熒光、非共振熒光、敏化熒光和多光子熒光等。
1、共振熒光
共振熒光是指激發波長與發射波長相同的熒光，如圖 a 所示。由于相應于原子的激發態和基態之間的共振躍遷的概率一般比其他躍遷的概率大得多，所以共振躍遷產生的譜線是對分析最有用的熒光譜線。鋅、鎳和鉛原子分別吸收和發射 213.86nm、232.00nm 和 283.31nm 共振線就是共振熒光的典型例子。
當原子處于由熱激發產生的較低的亞穩能級，則共振熒光可從亞穩能級上產生（見圖 b）。即原子先經過熱激發躍遷到亞穩能級，再通過吸收激發光源中適宜的非共振線后被進一步激發，然后再發射出相同波長的共振熒光。這一過程產生的熒光稱為熱助（thermally assisted）共振熒光。也曾有人建議把這類熒光稱為“激發態共振熒光”。銦和鎵原子分別吸收并再發射 451.13nm 和 417.21nm 線，是相應于熱助共振熒光的例子。
2、非共振熒光
非共振熒光是指激發波長與發射波長不相同的熒光，主要分為斯托克斯（Stokes-Stokes）熒光兩類當發射的熒光波長比激發光波長長時，即為斯托克斯熒光。根據斯托克斯熒光產生的機理不同，又可分為直躍線熒光和階躍線熒光。
（1）直躍線熒光直躍線熒光是指激發譜線和熒光譜線的高能級相同時所產生的熒光。即原子受到光輻射而被激發，從基態躍遷到較高的激發態，然后直接躍遷到能量高于基態的亞穩態能級，發射出波長比激發光波長要長的原子熒光，如圖 c 所示。
a一共振熒光；b一熱助共振熒光；c一直躍線熒光；d—熱助直躍線熒光；e一階躍線熒光；f—熱助階躍線熒光；g—反斯托克斯熒光
處于基態的鉛原子吸收 283.31nm 譜線，隨后發射405.78nm 和722.90nm 譜線是簡單直躍線熒光的典型例子類似的例子還有鉈、銦和鎵的基態原子吸收377.55nm、410.18nm 和403.30nm譜線而被激發，并分別發射535.05nm、451.13nm 和417.21nm 譜線。這一激發機理在實驗上已通過消除激發光源中的共振線后得到證實。此時，僅觀察到很弱的熒光發射（即屬于處在亞穩態的原子的共振熒光）。一個原子的基態和直躍線熒光躍遷的低能級之間的能量差別越小，直躍線熒光中的共振熒光強度就越大。
同樣，當原子處于由熱激發產生的較低的亞穩能級，再通過吸收非共振線而激發的直躍線熒光稱為熱助直躍線熒光（見圖 d）。
（2）階躍線熒光 階躍線熒光是指當激發譜線和發射譜線的高能級不同時所產生的熒光。也分為正常階躍線熒光和熱助階躍線熒光兩種類型。
正常階躍線熒光是指原子被激發到第一激發態以上的高能態后，分兩步去激發，首先是由于碰撞引起無輻射躍遷到某一較低激發態，然后再輻射躍遷到更低能態（通常是基態）所產生的熒光（見圖 e）。如鈉原子吸收330.30nm譜線后被激發后，發射出589.00nm 的熒光譜線，即屬于正常階躍線熒光。鉛368.35nm 熒光譜線是低能級不是基態時的正常階躍線熒光的例子。
熱助階躍線熒光是指被光輻照激發的原子可以進一步熱激發到較高的激發態，然后再輻射躍遷到低能態所產生的熒光（見圖 f）。只有在兩個或兩個以上的能級能量相差很小，足以由于吸收熱能而產生由低能級向高能級躍遷時，才能發生熱助階躍線熒光。
（3）反斯托克斯熒光 反斯托克斯熒光是指熒光譜線波長比激發譜線波長短的熒光。光子能量的不足，通常由熱能所補充，因而也可以稱為“熱助熒光”。
當自由原子吸收熱能躍遷到比基態稍高能級上再吸收光輻射被激發到較高的能級，然后輻射躍遷至基態時，或者當處于基態的原子被激發至較高的能級，然后再吸收熱能躍遷到更高的能態，最后以輻射躍遷至基態時，就產生反斯托克斯熒光，如圖 g 所示。很明顯，反斯托克斯熒光是直躍線熒光或階躍線熒光的特殊情況。銦有一較低的亞穩能級。吸收熱能后處在這一能級上的原子可吸收451.13nm 的輻射而被進一步激發，然后躍遷至基態發射410.18nm的熒光另一個例子是，鉻原子吸收359.35nm 的輻射被激發后再吸收熱能躍遷到更高能態，然后發射出很強的357.87nm、359.35nm 和360.53nm 三重線。
應該指出，與反斯托克斯熒光一起往往同時會產生在特定共振波長上的共振熒光。
3、敏化熒光
敏化熒光是指被外部光源激發的原子或分子（給予體）通過碰撞把自己的激發能量轉移給待測原子（接受體），然后處于激發態的待測原子（接受體）通過輻射去激發而發射出的熒光。其過程可表示如下：
式中，A 為給予體；M 為接受體。
例如，鉈和高濃度的汞蒸氣相混合，用253.65nm 汞線激發，可觀察到鉈原子377.57nm 和535.05nm 的敏化熒光。產生敏化熒光的條件是給予體的濃度要很高，而在火焰原子化器中原子濃度通常是較低的，同時給予體原子主要是通過碰撞去激發，所以在火焰原子化器中，難以觀察到原子敏化熒光。但在某些非火焰原子化器中能觀察到這類熒光。
4、多光子熒光
多光子熒光是指原子吸收兩個（或兩個以上）相同光子的能量躍遷到激發態，隨后以輻射躍遷形式直接躍遷到基態所產生的熒光。因此，對雙光子熒光來說，其熒光波長為激發波長的二分之一。
在原子熒光光譜分析中，共振熒光是最重要的測量信號，其應用最為普遍。當采用高強度的激發光源（如激光）時，所有的非共振熒光，特別是直躍線熒光也是很有用的。由于敏化熒光和多光子熒光的強度很低，在分析中很少應用。在實際的分析應用中，非共振熒光比共振熒光更具優越性，因為此時激發光波長與熒光波長不同，可以通過色散系統分離激發譜線，從而達到消除嚴重的散射光干擾的目的。另外，通過測量那些低能級不是基態的非共振熒光譜線，還可以克服因自吸效應所帶來的影響。