原子谱线中发射谱线的辐射能量可用一个发射系数来表示，其含义为单位时间单位体积单位立体角内辐射的能量。

对原子发射谱线，发射系数为

其中是处于发射状态的原子的数密度，而是自发辐射的爱因斯坦系数，这个系数对于任意两个特定的能级是定值。根据基尔霍夫热辐射定律，空间一定区域内的吸收特性是与它的发射特性密切相连的，因此我们也要同时考虑吸收谱线的吸收系数。吸收系数具有“1/长度”的量纲，从而给出的是频率为一定的光在行走了距离后被吸收的光强占总光强的比例。吸收系数的表达式为

类似发射系数，是处于吸收状态的原子的数密度，分别是爱因斯坦系数中的自发吸收和受激辐射的系数，它们对于任意两个特定的能级也是定值。

当系统处于局部的热平衡状态时，处于基态和激发态的原子各自的数密度满足麦克斯韦-玻尔兹曼分布；但对于非热平衡状态的情形（例如激光），原子的数密度分布计算会相当复杂。

上面列出的公式都假设了谱线对应的频率是单一的，即谱线是无形状的几何线，忽略了实际中不确定性原理及多普勒效应等因素造成的谱线展宽，实际的谱线是覆盖一段频率带宽的，具有一定的谱线形状。精确计算时要求这些公式乘以归一化的谱线形状，从而得到带有“1/频率”的量纲。

1916年，阿尔伯特·爱因斯坦指出在原子谱线的形成中存在三种基本过程，它们分别被称作自发辐射、受激辐射和（受激）吸收。每一种过程都对应着一个所谓爱因斯坦系数，表征着该过程所发生的几率。

自发辐射即是电子在不受外界影响下自发地从高能级向低能级跃迁的过程。描述这一过程的是爱因斯坦系数它具有秒的量纲，表征的是在单位时间内电子从高能级向低能级自发跃迁并释放出能量为的光子的几率。由于能量-时间之间的不确定性关系，这一过程产生的光子实际占据了一段很窄的频率范围，即具有一定的线宽。如果假设处在两个能级的原子数密度分别为和，则自发辐射导致的低能级原子数密度变化率为

受激辐射是指当原子接受到外界的电磁辐射，而外界电磁辐射的频率恰好等于（或接近）电子在某两个能级跃迁时释放光子的频率时，符合这样条件的电子受到激发从高能级向低能级跃迁的过程。描述这一过程的是爱因斯坦系数它具有球面度·米·赫兹·瓦特·秒（相当于球面度·米·焦耳·秒）的量纲，表征的是在单位时间内辐射场的单位辐射亮度下电子从高能级向低能级受激跃迁并释放出能量为的光子的几率。如果假设处在两个能级的原子数密度分别为和，则受激辐射导致的低能级原子数密度变化率为

其中是辐射场的辐射密度，它是受激频率的函数（参见普朗克定律）。

受激辐射是激光技术诞生的理论基础。