美國P.E空心陰極燈的原理是一種特殊形式的低壓氣體放電光源，放電集中于陰極空腔內。當在兩極之間施加200V-500V電壓時，便產生輝光放電。在電場作用下，電子在飛向陽極的途中，與載氣原子碰撞并使之電離，放出二次電子，使電子與正離子數目增加，以維持放電。正離子從電場獲得動能。如果正離子的動能足以克服金屬陰極表面的晶格能，當其撞擊在陰極表面時，就可以將原子從晶格中濺射出來。除濺射作用之外，陰極受熱也要導致陰極表面元素的熱蒸發。濺射與蒸發出來的原子進入空腔內，再與電子、原子、離子等發生第二類碰撞而受到激發，發射出相應元素的特征的共振輻射。與此同時，HCL所發射的譜線中還包含了內充氣、陰極材料和雜質元素等譜線。

       美國P.E空心陰極燈的結構由陰極、陽極、支架、屏蔽層、逐級密封石英套、光窗組成，內充低壓惰性氣體，一般為氖氣或氬氣，陰極大多數為純金屬或合金，對于一些貴金屬，則將其制成薄片襯在支持電極上。

陰極在中間為空桶形狀，因此得名。

       陽極為一焊有鉭片或鈦絲的鎢棒，因為鉭片或鈦絲具有吸氣作用，在高溫下可以吸收少量有害氣體。一般體積碩大。

       美國P.E空心陰極燈是低壓輝光放電銳線光源，利用不同元素發出不同的特種譜線，激發火焰中的待測原子，經光電倍增管接收，放大數據處理得到結果，不同的元素，需要不同的燈。

      雖然也有多元素空心陰極燈，是將多種金屬粉末按一定的比例混合并壓制和燒結，作為陰極。