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過良好修整的棒電極。

被測油樣等離子化后，產生發(fā)射光譜。發(fā)射光譜經過石英窗收集、光纖傳導至光學系統內部。光學系統內部的衍射光柵（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到專用高靈敏度光電轉換裝置（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。