Elementele au mai mult de o linie spectrală, deoarece electronii pot ocupa mai mult de o stare excitată în atom. Stările excitate corespund unor cantități diferite de energie, astfel că, atunci când electronul scade între diferite stări, datată corespunde mai multor linii spectrale.
Liniile spectrale provin din mecanica cuantică a atomilor. Cantitatea de energie conținută în electroni într-un atom determină unde orbita electronului. Energiile mai mari duc la creșterea nivelului de energie. Mecanica cuantică este importantă deoarece nivelurile de energie ale electronilor dintr-un atom sunt "cuantificate", ceea ce înseamnă că electronul poate avea numai anumite energii. Energiile sunt separate prin multiplii întregi ai energiei de la sol.
Considerând un ion de hidrogen (un proton și un electron), un singur electron poate avea mai multe nivele diferite de energie, în funcție de cantitatea de energie din electron. Deși nivelurile individuale de energie se află la aceeași distanță, există o energie diferită asociată cu scăderea de la al doilea la primul nivel de energie sau de la a doua până la starea solului.Spectrele de emisie provin dintr-o colecție de atomi diferiți ai unui gaz elementar. Prin urmare, la unii atomi, electronul scade un nivel de energie, în timp ce în alți atomi, electronul scade două, trei sau mai multe niveluri de energie. Rezultatul este că mai multe linii spectrale apar în spectrele de emisie.
