其主要特点是稳定性好，发射性强，测定灵敏度高，检出限较低。空心阴极灯多主要运用于被测元素的锐线光谱，邻近先光谱干扰消失。因此来说原子吸收光谱仪的空心阴极灯发射的光谱足以达到其要求。

空心阴极灯通过内部的低压气体在两个电极之间产生放电现象时，阴极会受到大量电子、加速冲向电极表面的带电气体离子（也就是充入气体的离子）的轰击。这些离子的能量非常强，以至于可以促使阴极材料的原子从表面脱离或溅射进入等离子区。溅射的离子在此处还会与其它高能的物质相互碰撞。碰撞的结果导致能量转移，金属原子跃迁至激发态。由于激发态不稳定，原子会自发回到基态，同时发射出特定波长的共振线。很多元素都具有多条共振线供分析使用。
空心阴极灯的设计特点可分为五个步骤，分别从阴阳两极、气体、封套、处理为主：
1、阴极
首先来说，阴极的组成的物质是是被分析元素或含有被分析元素的物质。如果金属在空气中稳定并具有高熔点，则阴极材料一般使用纯金属（如银）。如果金属本身比较脆，则一般使用烧结的金属粉末（如锰、钨）。如果金属本身在空气中比较活泼，或具有较高的相对蒸汽压，则一般使用金属的氧化物或卤化物（如镉、钠）。
2、阳极
阳极是一种简单的能提供放电轰击电压的普通电极。阳极材料一般使用锆（一种吸气剂）。
3、 封入的气体
封入的气体必须为避免分子震动光谱，普遍情况下使用的是单分子气体，所以一般使用惰性的稀有气体。这是由于其具有更高的电离电位以便具有更高的发射强度。用于其他气体来讲质量数较低，效应小，而且还会因其气体快速耗尽造成灯的寿命缩短。
封入的低压气体耗尽是由于灯的表面材料吸收造成的。当封入的气体压力低于规定值时则无法持续放电，此时灯的寿命即达到终点。虽然灯仍然能点亮，但已经不能发射出被测元素的共振线了。
4、封套
电极通常使用含有石英或特种硼硅酸盐玻璃制成的光路窗的玻璃进行封套的。光路窗的材料由元素灯的发射线决定的。由于大多数元素的发射线都低于300纳米，此时必须使用石英材料。高于此波长的一般使用硼硅酸盐玻璃。
5、处理
处理步骤是制造高性能空心阴极灯的关键。处理的主要目的就是去除污染进行纯化，其主要包括抽真空并在灯的外部保持一个适宜的高温。因为不仅仅可以使极性反转，以便锆阳极转变为阴极。而且对于杂质气体氧气和氢气锆电极是一种良好的吸气剂，此使用此电极能请除掉杂质气体。在放电时会有一层锆停留在灯的封套上。