Na Rys. 1 pokazany jest typowy układ do pomiaru widm atomowych. Źródłem promieniowania jest jednoatomowy gaz pobudzony do świecenia metodą wyładowania elektrycznego (tak jak w jarzeniówce). Promieniowanie przechodzi przez szczelinę kolimującą, a następnie pada na pryzmat (lub siatkę dyfrakcyjną), który rozszczepia promieniowanie na składowe o różnych długościach fal.

Na Rys. 2 pokazana jest widzialna część widma atomu wodoru.

Na Rys. 2 uwidacznia się cecha szczególna obserwowanych widm. W przeciwieństwie do widma ciągłego emitowanego na przykład przez powierzchnie ciał ogrzanych do wysokich temperatur, widma promieniowania pierwiastków w postaci gazów i par, pobudzonych do świecenia na przykład za pomocą wyładowania elektrycznego, są złożone z jasnych, ostrych linii, odpowiadających ściśle określonym długościom fal.

Promieniowanie wysyłane przez swobodne atomy (tzw. widmo emisyjne) zawiera tylko pewną liczbę długości fal. Takie widmo nazywamy widmem liniowym, a każdą z takich składowych długości fal nazywana jest linią widmową.

Obok widm emisyjnych badano również widma absorpcyjne, tym razem obserwując promieniowanie pochłaniane przez gazy zamiast emitowanego.

Okazało się, że jeżeli światło o widmie ciągłym, na przykład światło żarówki, przechodzi przez gaz lub parę, to w widmie ciągłym wysyłanym przez żarówkę widoczne są ciemne linie, promieniowanie o pewnych długościach fal zostało pochłonięte przez gaz (zaabsorbowane). Długości tych fal dokładnie odpowiadają długościom fal widma emisyjnego danego pierwiastka.

Doświadczenia pokazują więc, że pojedyncze atomy (cząsteczki) zarówno emitują, jak i absorbują, promieniowanie o ściśle określonych długościach fali.

To właśnie badanie widma wodoru doprowadziło Bohra do sformułowania nowego modelu atomu (zob. Model Bohra atomu wodoru ). Model ten chociaż posiada pewne braki to ilustruje idę kwantowania w sposób prosty matematycznie.