水質原子熒光光譜儀是研究小分子與核酸相互作用的主要手段。通過藥物與核酸相互作用，使DNA與探針鍵合的程度減小，反映在探針熒光光譜的改變，從而可以了解藥物和核酸的作用機理。
水質原子熒光光譜儀是研究藥物與蛋白質相互作用的常用儀器。藥物與蛋白質相互作用后可能引起藥物自身熒光光譜和蛋白質自身熒光(內源熒光)光譜以及同步熒光光譜的變化，如熒光強度和偏振度的改變、新熒光峰的出現等，這些均可以提供藥物與蛋白質結合的信息。
在吸收紫外和可見電磁輻射的過程中，分子受激躍遷至激發電子態，大多數分子將通過與其它分子的碰撞以熱的方式散發掉這部分能量，部分分子以光的形式放射出這部分能量，放射光的波長不同于所吸收輻射的波長。
一種過程稱作光致發光。水質原子熒光光譜儀的分子發光包括熒光、磷光、化學發光、生物發光和散射光譜等。基于化合物的熒光測量而建立起來的分析方法稱為分子熒光光譜法。
由光源發出的光通過切光器使其變成斷續之光，通過激發光單色器變成單色光，此光即為熒光物質的激發光。被測的熒光物質在激發光照射下所發出的熒光，經過單色器變成單色熒光后照射于光電倍增管上，由其所發生的光電流經過放大器放大輸至記錄儀。一個激發，一個發射，采用雙單色器系統，可分別測量激發光譜和熒光光譜。
