Quando un atomo viene investito da un fotone, uno dei suoi elettroni può assorbirne l’energia e passare a uno livello energetico superiore, o stato eccitato; maggiore è l’energia del fotone (minore è la sua lunghezza d’onda), maggiore è il salto di energia che l’elettrone può compiere. Analogamente, quando un elettrone cade da un livello energetico superiore a uno inferiore, emette un fotone di energia pari alla differenza di energia dei due livelli coinvolti; ad esempio, passando dal livello E3 al livello E1, emette un fotone di energia E = E3 - E1.