空心陰極燈的設計特點可分為五個步驟，分別從陰陽兩極、氣體、封套、處理為主：
1、陰極
首先來說，陰極的組成的物質是是被分析元素或含有被分析元素的物質。如果金屬在空氣中穩定并具有高熔點，則陰極材料一般使用純金屬（如銀）。如果金屬本身比較脆，則一般使用燒結的金屬粉末（如錳、鎢）。如果金屬本身在空氣中比較活潑，或具有較高的相對蒸汽壓，則一般使用金屬的氧化物或鹵化物（如鎘、鈉）。
2、陽極
陽極是一種簡單的能提供放電轟擊電壓的普通電極。陽極材料一般使用鋯（一種吸氣劑）。
3、 封入的氣體
封入的氣體必須為避免分子震動光譜，普遍情況下使用的是單分子氣體，所以一般使用惰性的稀有氣體。封入氣體來說氖氣是的選擇。這是由于其具有更高的電離電位以便具有更高的發射強度。用于其他氣體來講質量數較低，效應小，而且還會因其氣體快速耗盡造成燈的壽命縮短。
封入的低壓氣體耗盡是由于燈的表面材料吸收造成的。當封入的氣體壓力低于規定值時則無法持續放電，此時燈的壽命即達到終點。雖然燈仍然能點亮，但已經不能發射出被測元素的共振線了。
4、封套
電極通常使用含有石英或特種硼硅酸鹽玻璃制成的光路窗的玻璃進行封套的。光路窗的材料由元素燈的發射線決定的。由于大多數元素的發射線都低于300納米，此時必須使用石英材料。高于此波長的一般使用硼硅酸鹽玻璃。
5、處理
處理步驟是制造高性能空心陰極燈的關鍵。處理的主要目的就是去除污染進行純化，其主要包括抽真空并在燈的外部保持一個適宜的高溫。因為不僅僅可以使極性反轉，以便鋯陽極轉變為陰極。而且對于雜質氣體氧氣和氫氣鋯電極是一種良好的吸氣劑，此使用此電極能請除掉雜質氣體。在放電時會有一層鋯停留在燈的封套上。
