Mientras que otros habían observado el fenómeno antes, Bunsen y Kirchhoff fueron los primeros en estudiarlo y analizarlo sistemáticamente. Desarrollaron el espectroscopio , un dispositivo que les permitió separar las diferentes longitudes de onda de luz emitidas por elementos calentados. Esto los llevó a identificar las líneas espectrales únicas producidas por varios elementos, colocando las bases para el campo de la espectroscopía .
Mientras que Bunsen y Kirchhoff son acreditados con el descubrimiento, otros investigadores como William Hyde Wollaston y Joseph von Fraunhofer había hecho observaciones anteriores relacionadas con espectros de emisión atómica. Wollaston observó líneas oscuras en el espectro solar en 1802, y Fraunhofer catalogó estas líneas en detalle en 1814. Sin embargo, fueron Bunsen y Kirchhoff quienes pudieron conectar estas líneas a elementos específicos y desarrollar el marco teórico para la espectroscopía.
