Spektralne črte so vrzeli v običajno neprekinjeni porazdelitvi frekvence v svetlobi. Nastanejo, ko oddano svetlobo delno absorbira snov, običajno plin. Ena vrsta spektralne črte je absorpcijska črta, ki nastane, ko se nekatere frekvence svetlobe absorbirajo iz oddanega sevanja. Emisijsko črto je po drugi strani mogoče videti v svetlobi, ki je bila absorbirana in nato ponovno oddana. Te črte lahko dajo astronomom namige o sestavi in hitrosti astronomskih objektov.
Prva od dveh vrst spektralnih črt so absorpcijske črte. Absorpcijske črte se pojavijo, ko se svetloba oddaja iz predmeta, kot je zvezda, in nato preide skozi plin, preden doseže opazovalca. V tem primeru bo svetloba vroče zvezde močno oddana v širokem razponu frekvenc; z drugimi besedami, imel bo neprekinjen spekter sevanja. Če pa gre skozi hladen plin, pa lahko plin absorbira svetlobo z določenimi frekvencami. Ko opazovalec analizira svetlobo, ki je prvotno prišla iz zvezde, bo pokazal absorpcijske črte – opazne vrzeli v določenih frekvencah sevanja.
Druga vrsta spektralne črte je emisijska črta. Zvezdne svetlobe plin ne more nenehno absorbirati, ker svetloba vsebuje energijo. Namesto tega ga plin absorbira in ga pozneje ponovno oddaja. Ko se ponovno oddaja, svetloba vsebuje samo frekvence, ki jih je absorbiral plin. Zato se morajo frekvence emisijskih linij ujemati s frekvencami ustreznih absorpcijskih linij. To so dejansko potrdili astronomi, ki so opazovali ponovno oddano svetlobo; obe vrsti črt sta v bistvu inverzni ena drugi.
Spektralne črte obstajajo, ker ima svetloba, ki jo oddajajo elementi in kemikalije, stalen spekter frekvenc. Namesto da bi bila homogena entiteta, je vidna svetloba pravzaprav elektromagnetno sevanje znotraj določenega frekvenčnega območja. Sevanje, ki je nevidno s prostim očesom, ima tudi neprekinjeno frekvenčno porazdelitev, čeprav je koncentrirano zunaj vidnega območja. Znanstveni instrument, znan kot spektrometer, se lahko uporablja za analizo frekvenc elektromagnetnega sevanja.
Preučevanje teh linij lahko astronomom da dve pomembni informaciji. Prvič, s poznavanjem tega, kateri plini proizvajajo katere absorpcijske črte, lahko spektralne črte pomagajo prepoznati sestavo planetarne atmosfere. Astronomi so to tehniko uporabili za karakterizacijo atmosfere planetov zunaj sončnega sistema. Drugič, prepoznavni vzorci spektralnih črt lahko kažejo na hitrost astronomskih objektov – hitrost predmeta premakne frekvenco njegovega sevanja, vključno s spektralnimi črtami.