氢原子光谱是氢原子在能级间跃迁时发射或吸收的光所形成的特征谱线。这些谱线最初由巴尔末等人发现，并可用里德伯公式精确描述。氢原子光谱的研究为量子力学的发展奠定了基础。精细结构是由于相对论效应和电子自旋-轨道相互作用导致的能级分裂，使单一谱线分裂成多条相近的谱线。这可以通过狄拉克方程进行解释。超精细结构则源于原子核自旋与电子角动量之间的磁相互作用，其能量分裂比精细结构小约三个数量级。氢原子基态的超精细结构对应21厘米谱线，在天文观测中有重要应用。这些光谱结构为研究原子内部相互作用提供了重要信息，并在精密测量、原子钟等领域有广泛应用。