按照量子力学中的不确定原理，能级跃迁发出（吸收）的谱线会产生展宽，这种展宽称为自然展宽。这种展宽也可以理解为辐射阻尼，故其近似线形可以用含阻尼的谐振子计算得到，

$\varphi(\nu)=\frac{(1/\tau)}{4\pi^2(\nu-\nu_0)^2+(1/\tau)^2}$

其中$\nu_0$是谱线的中心频率，$\tau$是跃迁的寿命，即自发跃迁系数的倒数，$\tau=1/A_{ul}$。这种谱形称为洛仑兹形，半高全宽（FWHM）为$1/\tau=A_{ul}$。
     可以想象，所有由于阻尼造成的展宽都有同样的线形，只是特征时标$\tau$不同。对于压力（碰撞）展宽，其谱形也近似为洛伦兹形，特征时标$\tau=1/C_{ul}$是碰撞速率系数的倒数，而半高全宽为$C_{ul}$。而实际上的谱线是两个洛伦兹函数的卷积，结果还是洛伦兹函数。
     由上面的讨论可知，分子谱形的自然展宽通常较小，因为自发跃迁系数较小（对于CO谱线，自发跃迁系数为10$^{-7}$ s$^{-1}$量级），而通常压力展宽与自然展宽同量级，故而也不重要。相比之下，热运动和湍动造成的展宽要大得多。对于CO(J=2-1) 115 GHz谱线，0.1 km/s的速度造成的展宽就可达38 kHz。由于热运动和湍流运动的速度分布为高斯分布，故实际的谱线是高斯函数和洛伦兹函数的卷积，即Voigt函数。在实际中，由于分子谱线的自然展宽相比热展宽和湍动展宽小得多，所以谱线形状近似为高斯形。（关于高斯形谱线的线宽，参见http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=117333&do=blog&id=883467）。