原子吸收光谱仪主要分为检测系统、分光系统、光源、原子化器四个主要部分组成。
一、检测系统
    光源发出的光经过火焰被吸收一部分后，经光栅单色器分光将待测谱线发出的信号输入到光电倍增管，变成电信号，最后在表头及数字显示器或记录仪上显示出来。多数仪器具备对数转换档，可将透过率成正比的光信号，经过对数转换变成与吸光读数成线性关系，从而可以通过标尺扩展档或标尺缩小档（即吸光读数增益或衰减）将读数调节成浓度值。测定大量样品时可直接读出浓度值。这种做法叫“浓度直读”。
    二、光学系统
    原子吸收光谱仪的光学系统的主要部件事单色器，由光栅和反射镜等组成。单色器的光入射口及出射口装有入射狭缝及出射狭缝，这些部分分装在仪器内，不能用手去摸光栅或用透镜纸去擦光栅。光栅应避免受潮，经常更换干燥剂，光源后边的透镜（对于双光速仪器则还有半透半反射旋转切光器；对于直源供电的光源则为斩光器），及入射前的透镜，在仪器外可以看到，称为外光路。外光路有时只有一束光从光源出发通过燃烧器的上方进入单色器，这种仪器构形称为单光束。若光源发出的光被带反射镜的旋转切光器分为两束光一束通过火焰，另一束为参比光束，这种构形的仪器称为双光束。双光束仪器比较复杂，其主要特点就是克服了光源的漂移波动。
    对外光路的调节，主要的是要使光源发出的光通过燃烧器的正上方。可用档光杆或白纸检查光源光束的焦点位置。
三、火焰原子化器
    原子吸收测定须将试样转变成自由原子蒸气。转变的方式是通过热离解，即通过火焰或电加热的设备提供能量。火焰原子化器，由雾化器、雾化室及燃烧器三部分组成。试样溶液被雾化器喷成细雾，干燥、熔化、蒸发成气态分子，再在火焰中离解成原子。   
    1、气源
    （1）空气  空气由压缩空气钢瓶、活塞式空气压缩机或膜动式空气压缩机供给。活塞式空气压缩机的出口压力为4～6公斤/平方厘米，应配空气过滤减压阀，调节出口压力为1.5～2公斤/平方厘米左右。膜动式压缩机，一般由安全阀排气调到使用压强。空气经转子流量计流入雾化器。在湿度大的地方，气路可加气水分离器除水。
    （2）高纯乙炔  乙炔由钢瓶或乙炔发生器供给。乙炔钢瓶内的最大压强为15公斤/平方厘米。乙炔溶于吸收在活性炭上的丙酮内。当钢瓶压强在5公斤/平方厘米时就应更换。
    使用乙炔应注意安全，燃气钢瓶与乙炔发生器附近不应该有明火，燃气管路上最好有一快速开关。目前均使用带针形阀的流量计作为开关，做完实验后应将发生器内的余气烧掉。
    （3）笑气  （氧化亚氮）笑气由笑气钢瓶供给，钢瓶装有液化气体，瓶内压强约70公斤/平方厘米，减压后使用。使用笑气—乙炔火焰应小心，注意防止回火，禁止直接点燃笑气－乙炔火焰。点燃时，应先点燃空气－乙炔火焰并调节出富燃火焰，再过渡到笑气－乙炔火焰，并保持为“富燃”（保持有桃红色的中间层火焰，是笑气－乙炔火焰“富燃”的特征）。雾化室应装有安全塞，当回火时安全塞被冲开而不造成其它破坏。
    2、燃烧器
     由于燃气、助燃气和样品溶液喷成的细雾都预先在雾化室里混合再进入燃烧器，所以是预混合型的层流燃烧器，这类燃烧器的燃烧火焰稳定，层次清晰。
    燃烧器在使用过程中要注意清洗及清理，缝口应光洁无沉积盐，火焰不应带有缺口。在测定前应点燃火焰预热燃烧器，使燃烧器温度稳定。
    3、雾化室
    雾化室由金属、金属加塑料镀层或玻璃制成（玻璃雾化室外加防护套），内有回火安全塞及废液排除口。废液排除管内径应不少于8mm，一般用聚乙烯管。排除管应带水封（水封高度约为10cm),以防空气、乙炔由排水管流出。废液排除不流畅将影响测定。
    4、雾化器
    雾化器又称喷雾器，当压缩空气从毛细管前端的小孔高速喷射出来时，造成的负压将溶液由毛细管吸上来，在气流中分散成非常细的雾滴，雾滴直径多在10µm一下，形成的雾喷射出来像轻飘飘的云雾一样。毛细管的前端有的带有喉管及撞散球，以使雾粒更细。雾粒越细就越容易干燥、熔化、气化，也就会产生更多的自由原子蒸气。所以雾粒越细测定的灵敏度就越高。说雾化器是影响测定灵敏度的主要部件，关键的问题就是要把毛细管前端的上下位置（深度）和毛细管与喷口的同心度调节到最佳位置。
毛细管吸喷溶液的速率称之为吸喷速率或称为吸夜量（毫升/分）。一般喷雾器的吸液量为3～12毫升/分。吸喷的溶液一部分变成细雾粒进入火焰，另一部分变成大滴进入废液排水管。被雾化的溶液量与废液量之比称为雾化效率。一般雾化器所能达到的雾化效率仅为百分之十几，大部分溶液从废液管排出。
    一般来说，毛细管道深度（上下位置）决定喷雾器的吸液速率，而毛细管与喷口的同心度决定喷雾器的雾化效率，发现喷雾器的灵敏度下降，应及时进行调节，以获得最佳灵敏度。
四、空心阴极灯
    空心阴极灯是原子吸收光谱仪的光源，其结构中最主要的部分是空心（杯形）阴极，由待测元素本身或其合金做成。所以测定某个元素就要用该元素的灯，也就是是一个元素一个灯。整个灯熔封后充以低压的氖或氩气，成为一种特殊形式的辉光放电管。当两极加上一定电压导通后，氖或氩电离，碰撞阴极内壁溅射出待测元素原子，这些原子再与氖或氩电子、离子等碰撞被激发发光，辐射出待测元素的特征谱线（元素共振线）。谱线通过火焰，被待测原子吸收，产生吸收信号。
    评价一个灯的优劣主要看发光强度，所发光的稳定性，测定的灵敏度及灯的寿命长短。
    正常的元素灯，在规定电流及适当的狭缝宽度（及增益）下，光电倍增管的高压在300～600或650之间应能调到仪器表头指针满刻度。多数灯五分钟漂移小于1％，背景强度不大于1％，在满足以上条件下，测定时灵敏度高，检测限低的灯比较好。
    灯在点燃后要从灯的阴极辉光的颜色判断一下灯的工作是否正常（观察空心阴极的发光）。 充氖气的灯负辉光的颜色是橙红色，充氩气的灯正常是淡紫色，汞灯时蓝色。灯内有杂质气体存在时，负辉光的颜色变淡。如充氖气的灯，颜色可变成粉红色，发蓝或发白。此时应对灯进行处理。
    使用灯时，注意灯的极性不要接反，灯的管脚标准接法应为3、7脚为阳极，1、5脚为阴极。极性接反时阴极发光很弱而阳极辉光很强。
    灯在其寿命接近终结时发光明显不稳定，或发光部位不对，灵敏度大幅度下降。灯若损坏漏气时，就会不亮。
    灯在正常使用时应选用灯上表明的工作电流，或使用标明的最大电流的三分之一。使用前先预热20～30分钟，使灯发射稳定。灯的品质不同所选用的阴极材料不同，使用电流也不同。一般高熔点的灯，如镍、钴、钛、钽、锆等的灯使用电流可大些。易溅射和低熔点的灯，使用电流以小为宜，如鉍、钾、鈉、铷、铯、锗、镓等的灯。
    元素灯长期不用，应定期（每月或每隔二、三月）点燃一次，即在工作电流下点燃1小时。若灯内有杂质气体辉光不正常，可进行反接处理。若阳极是圆环状可将阴极接正，电流100mA,通电1～2分钟。若阳极是棒状，位于一侧，可通20～30mA电流，通电20～60分钟。元素灯应轻拿轻放，低熔点的灯在用完后，要彻底冷却再移动。元素灯是原子吸收光谱仪上的重要部件，应仔细维护和使用。
    原子吸收光谱测定除使用空心阴极灯作为光源而外，有些仪器上还可以使用无极放电灯。有些元素（如砷、硒、磷等）发射强度要比空心阴极灯高达几十倍到几百倍，是很好的补充光源。