油料光谱仪工作过程中，高纯石墨电极与棒电极中间相隔2.5毫米的放电间隙。被测油样被注入小油杯中，石墨盘电极部分浸在小油杯（油样）中，旋转的盘电极不断把被测油样传送到放电间隙，进行等离子化激发，从而实现了一个连续“烧样”的过程。同时，为了有效避免烧样过程中各个油样间可能存在的交叉污染，每个烧样过程需要一个全新的石墨盘电极和一个经过良好修整的棒电极。
被测油样等离子化后，产**射光谱。发射光谱经过石英窗收集、光纤传导至光学系统内部。光学系统内部的衍射光栅（与常见的光栅不同，光谱仪中的衍射光栅是特殊设计的凹面球状光栅，其表面包含一系列准确刻线）会将发射光谱分离成多条非连续的谱线。由于不同波长的衍射角度不同，包含多种元素发射光谱的金色光经过衍射光栅后会被分成非连续的、独立的特征谱线（特征谱线对应被测元素的成分）。每一束特殊谱线直接传输到专用高灵敏度光电转换装置（CCD），光电转换器件将光学信号转换成电信号传导至光谱仪的读出系统进行定量分析。通过测定每一条特殊谱线的光密度值以及基于工厂校准工作曲线（光密度与元素浓度的线性关系），定量检测各种元素成分及其深度。