En octubre de 1859, dos físicos alemanes de la Universidad de Heidelberg, Robert Wilhelm Bunsen y Gustav Robert Kirchhoff, entregaron una explicación coherente al fenómeno observado por Fraunhofer en 1815, dando una solución al enigma de la relación entre la luz solar y las líneas observadas dentro de los espectros de los elementos químicos analizados en laboratorio.
A partir de un estudio sobre el sodio, elemento ya identificado en el espectro solar, Bunsen y Kirchhoff mostraron que el espectro de este elemento calentado en laboratorio era bien compuesto de dos líneas brillantes sobre un continuo oscuro. Forzando después un haz de luz solar a cruzar una nube de vapor de sodio, observaron que las dos líneas del sodio aparecían oscuras sobre un fondo brillante y eran netamente más acentuadas que en el espectro solar. La experiencia fue entonces repetida con otros elementos químicos con los mismos resultados. Cuando un gas actuaba como fuente de luz, lo que significaba que era emisivo, daba un espectro compuesto de líneas brillantes sobre fondo oscuro. Cuando este gas filtraba la luz producida por otra fuente, daba un espectro de líneas oscuras sobre fondo brillante, lo que significaba que absorbía la luz emitida por el elemento químico presente en la fuente. El vapor de cada elemento absorbía, así, dentro de la luz de la fuente las radiaciones que este elemento podía emitir de manera propia.
Estas observaciones permitieron el nacimiento de una nueva técnica de investigación del Universo, la espectroscopia, rápidamente utilizada para conocer la composición química del Sol y de los otros astros. A partir de 1860, el astrónomo inglés Sir William Huggins fue el primero a observar el cielo con un espectroscopio, mostrando que, como el Sol, las estrellas eran muy generalmente dotadas de un espectro de absorción, mientras tanto las nebulosas difusas poseían cada una un espectro en emisión.