當激發原子的輻射波長與受激原子發射的熒光波長不相同時，產生非共振原子熒光。非共振原子熒光包括直躍線熒光、階躍線熒光與反斯托克斯熒光，
直躍線熒光是激發態原子直接躍遷到高于基態的亞穩態時所發射的熒光，如Pb405.78nm。只有基態是多重態時，才能產生直躍線熒光。階躍線熒光是激發態原子先以非輻射形式去活化方式回到較低的激發態，再以輻射形式去活化回到基態而發射的熒光；或者是原子受輻射激發到中間能態，再經熱激發到高能態，然后通過輻射方式去活化回到低能態而發射的熒光。前一種階躍線熒光稱為正常階躍線熒光，如Na589.6nm，后一種階躍線熒光稱為熱助階躍線熒光，如Bi293.8nm。反斯托克斯熒光是發射的熒光波長比激發輻射的波長短，如In 410.18nm。