当等离子体中存在原子或部分电离的离子时， 原子或离子的外层轨道电子可能被激发到较高能级。除亚稳态外，激发态的寿命一般短于10-8秒，所以电子很快就跳回到较低能级，同时发生辐射，称为激发辐射。这是电子在束缚态之间跃迁而产生辐射，也称为束缚-束缚过程。束缚态能量都是量子化的，所以此过程所发射的光子能量是分立的，形成线光谱。各种原子或离子有其独特的线光谱系。某种元素的原子或离子相应于能级p、q之间跃迁所发射谱线的功率密度为 ， ⑴

式中为i 阶离子(i=0为原子)处于上能级 p的粒子密度;A为p、q能级间的自发跃迁几率;E为p、q能级间的能量差。

式⑴中的 由粒子的电离态和激发态的分布决定，它涉及等离子体模型。理论上根据等离子体的不同状态采用局部热平衡、日冕和碰撞辐射等模型。计算的可靠性不仅决定于模型的选取，还决定于所采用的原子参量的精度。原子参量如激发、电离和复合等截面数据或半经验 表式正在不断积累和改进中，目前所达到的精度一般不高。对原子序数低的元素可能相差一倍;对原子序数高的元素可能相差10倍。

为了求得等离子体的激发辐射功率，原则上要计算出所有谱线的辐射功率之和，一般只计算一些很强的线辐射。不同元素的激发辐射则与元素的原子序数及电子温度有很大关系。一般说低温时低电离态的原子的激发辐射强;随着电子温度升高，高电离态的原子的激发辐射增强。日常所见的等离子体光源如霓虹灯就是利用激发辐射。在受控核聚变研究中，作为工作气体的氢或其同位素在电子温度高于十几个电子伏时基本上完全电离。

但是等离子体中含有少量原子序数较高的杂质时，杂质的激发辐射是等离子体的最主要的 辐射源。

谱线的自然宽度很窄，而引起其谱线增宽的因素主要有:多普勒效应、斯塔克效应等。谱线的波长、强度、轮廓和偏振度都可表征等离子体性质。