原子化器產生的自由原子受持征光源照射以后發出熒光，熒光通過檢測器將光信號轉變成電信號。常用的是光電倍增管，在多元素原子熒光分析儀中，也用光導攝象管、析象管做檢測器。雖然在理論上各種檢測器均可用于原子熒光光譜法的輻射信號的檢測，但實際上已經廣泛應用的只有光電倍增管。檢測器與激發光束成直角配置，以避免激發光源對檢測原子熒光信號的影響。光電倍增管的基本工作原理相當簡單；照射在光陰極上的光子可能被反射、穿透或吸收。在吸收的情況下，才會有發射光電子的幾率。光電倍增管的選擇主要參照其光譜響應、陰極靈敏度、陽極靈敏度和暗電流等幾個主要特征參數。
一、光譜響應
光電倍增管的陰極將入射光的能量轉換為光電子。其轉換效率（陰極靈敏度）隨入射光的波長而變。這種光陰極靈敏度與入射光波長之間的關系叫做光譜響應特性。光譜響應特性的長波端取決于光陰極材料，短波端則取決于入射窗材料。光電倍增管的光譜響應特性特別重要，它是光電倍增管一項極其重要的關鍵指標。在相同條件下測得不同光電倍增管的絕對陰極光譜響應特性，可以挑選、比較光電倍增管的相對靈敏度、響應峰值波長位置、長波和短波的響應極限等。光電倍增管的絕對陰極光譜響應特性可限制光電倍增管的使用范圍，影響用光電倍增管作接收器的各類儀器儀表的整機靈敏度。
二、暗電流
光電倍增管在完全黑暗的環境中仍會有微小的電流輸出。這個微小的電流叫做陽極暗電流，實際上相當于噪聲的成分存在。陽極暗電流是決定光電倍增管對微弱光信號的檢出能力的重要因素。
三、陰極光照靈敏度和陽極光照靈敏度
陰極光照靈敏度是使用鎢燈產生的2856K色溫光測試的每單位通量入射產生的陰極光電子電流，陽極光照靈敏度是每單位陰極上的入射光通量產生的陽極輸出電流（經過二次發射極倍增后）。陰極靈敏度是原始的參考數據，反映的是陰極的光電轉換效率。陽極靈敏度是最終輸出數據，反映的是倍增管的電子增益能力。陰極和陽極光譜靈敏度是光電倍增管最重要的技術指標之一，決定光電倍增管的靈敏度。陰極光譜靈敏度取決于光陰極材料，陽極光譜靈敏度等于陰極光譜靈敏度和光電倍增管的電流放大倍數的積。