含磷或硫的有機化合物在富氫火焰中燃燒時，硫、磷被激發而發射出特征波長的光譜。當硫化物進入火焰，形成激發態的S*2分子，此分子回到基態時發射出特征點藍紫色光；當磷化物進入火焰，形成激發態的HPO*分子，它回到基態時發射出特征的綠色光（波長為480-560nm，最大強度對應的波長為526nm）。這兩種特征光的光強度與被測組份的含量均成正比，這正是FPD的定量基礎。特征光經濾光片濾光，再由光電倍增管進行光電轉換后，產生相應的光電流。經放大器放大后由記錄系統記錄下相應的色譜圖。
