当一束连续光通过透明介质时，如果光波能量和介质中从基态到激发态的能量间隔相等，介质中的状态将由基态被激发到激发态，透过透明介质的光将因这样的吸收而光强减弱。由于激发态不同，它们的吸收能量不一样，这样在记录透过透明介质后的光强时就形成了光强随着波长变化的谱线，即吸收光谱。吸收光谱可以给出材料基质和激活离子的激发态能级的位置和它们的分布情况。

一束特定波长的单色光将激活离子从基态激发到某一个激发态能级，从这个激发态向低于它的各个能级跃迁发光，可以得到它到下面各个能级以及下面各能级到更低能级的发光谱图，即荧光光谱。材料所发荧光经单色仪分光后，由探测器收集并记录下各个波长的发光强度，它能够反映这个能级到下面各个能级的跃迁概率、荧光强度以及荧光分支比等信息，提供该材料的最佳发射波长。同时，可以求得下面各个能级的位置，包括稀土离子的能级在晶场中的劈裂情况等。

监控一个特殊的荧光发射波长，改变激发波长，得到一个在不同波长激发下的荧光强度变化图，即激发光谱。激发光谱可以提供荧光能级以上各个能级的位置，反映出各个能级向荧光能级的能量传递能力，找出该荧光获得最高效率的最佳发射波长。

在复杂晶体中，通常有几个稀土离子可以取代的阳离子格位，稀土离子的发光变得复杂并且难以分析。激光器出现以后，利用激光功率高、单色性好的特点，发展起来一种新的光谱测量方法，称为选择激发光谱。一般同一种稀土离子掺杂到同一晶体的不同格位时，不同格位稀土离子的能级会产生微小差别，可以利用可调谐激光器，调到一个合适的激发波长使某个格位的离子被激发，另一些离子暂不激发，得到一个格位的光谱后再按照同样的操作更换到其他格位。这样的复杂光谱将被各个格位的光谱解析。