人們常常把手持式光譜儀與火花直讀光譜儀混淆，實際上，兩個在原理上有本質的不bai同。
手持式光譜儀工作原理：
當一束帶有足夠能量的X射線打在樣品表面原子殼內層的電子上，這個X射線束是由手持式光譜儀內的X射線管產生的，這個X射線束從手持式光譜儀前底端射出。X射線束打在樣品表面的原子殼上，電子被激發后從原子殼內層軌道發生位移，這種位移的發生是由于從分析儀發出的X-射線束與在適當的軌道保持電子結合能發出的能量差；當X射線束的能量高于電子結合能就會發生位移。在原子中，電子以特定的能量固定在特定的位置，這就決定了它們的軌道。此外，一個原子軌道殼之間的間距是每個元素的原子的獨特之處，所以，原子鉀（K）與金（Au），或銀（Ag）相比具有不同的電子層之間的距離。
當電子撞出軌道，留下的空位使原子不穩定。原子必須立即被填充來糾正這個不穩定，這些空位可以由更高的軌道上的電子移動到一個較低的軌道。例如，如果一個電子轉移從原子內層，從下殼體的一個電子可以向下移動，以填補空缺。這就是熒光。離原子核越遠的電子，逃逸的能量越高。因此，當電子從較高電子層到靠近原子核的電子層時，要損失一些能量。損失的能量數與兩個電子層間的能量差相等，由兩個電子層的距離決定。對每個元素來說，兩個軌道間的距離是的，如上所述。根據能量損失可以識別這個元素，對每種元素而言，在X熒光過程中能量損失數是的。樣品中檢測到個別熒光能量是特定的，為了確定每個存在元素的數量，個別能量出現的比例可以通過儀器計算出來，或用其它軟件。
整個熒光過程發生在一瞬間。利用這個過程，使用手持式光光譜儀可在幾秒鐘完成。測量實際所需的時間取決于樣品的性質和含量水平。高比例的需要幾秒，水平的可能要花費幾分鐘。
火花直讀光譜儀工作原理：
當金屬被能量激發時，根據量子力學理論，原子的殼層電子會被激發到較高能級的外層軌道上，處于不穩定狀態。在一定條件下，它從高能級躍遷到低能級就會發出光子，發出特征譜線。各種元素都有不同的特征譜線，這些譜線經過光學系統進行分光，色散成按波長排序的一系列連續光譜，再經過光電轉換元件把光信號直接轉換為電信號。最后計算機測量系統就可以通過計算某元素特征譜線的強度來確定元素的百分含量。
由于原理的不同，能檢測到的元素范圍也就不同。目前，據我知道，手持式光譜儀能只能檢測到Mg元素，比如布魯克的手持式光譜儀，直讀光譜儀可檢測到B元素。但是手持式光譜儀非常的小巧，輕便，快速，不需制樣，對表面無要求，無需氬氣，能攀高，能進管道，鋰電池供電，只連續工作8小時以上。的確是直讀光譜無法比擬的。