油料光譜儀工作過程中，高純石墨電極與棒電極中間相隔2.5毫米的放電間隙。被測油樣被注入小油杯中，石墨盤電極部分浸在小油杯（油樣）中，旋轉的盤電極不斷把被測油樣傳送到放電間隙，進行等離子化激發(fā)，從而實現(xiàn)了一個連續(xù)“燒樣"的過程。同時，為了有效避免燒樣過程中各個油樣間可能存在的交叉污染，每個燒樣過程需要一個全新的石墨盤電極和一個經(jīng)過良好修整的棒電極。

被測油樣等離子化后，產(chǎn)生發(fā)射光譜。發(fā)射光譜經(jīng)過石英窗收集、光纖傳導至光學系統(tǒng)內(nèi)部。光學系統(tǒng)內(nèi)部的衍射光柵（與常見的光柵不同，光譜儀中的衍射光柵是特殊設計的凹面球狀光柵，其表面包含一系列精確刻線）會將發(fā)射光譜分離成多條非連續(xù)的譜線。由于不同波長的衍射角度不同，包含多種元素發(fā)射光譜的金色光經(jīng)過衍射光柵后會被分成非連續(xù)的、獨立的特征譜線（特征譜線對應被測元素的成分）。每一束特殊譜線直接傳輸?shù)綄Ｓ酶哽`敏度光電轉換裝置（CCD），光電轉換器件將光學信號轉換成電信號傳導至光譜儀的讀出系統(tǒng)進行定量分析。通過測定每一條特殊譜線的光密度值以及基于工廠校準工作曲線（光密度與元素濃度的線性關系），定量檢測各種元素成分及其深度。