Un atome possède un certain nombre de niveaux d'énergie. Quand on l'excite, un ou plusieurs électrons quittent leur orbitale d'état fondamental pour migrer sur une orbitale plus éloignée du noyau et ayant un niveau d'énergie plus important ,lorsque l'excitation cesse, l'atome, qui se trouve dans un état excité, tend à revenir à l'état fondamental en émettant un rayonnement électromagnétique de longueur d’onde caractéristique de l’atome qui se désexcite .Si la relaxation porte simultanément sur un grand nombre d'atomes, on observe un spectre d'émission où sont présentes toutes les radiations correspondant aux photons émis.
Chaque radiation émise est fonction de l'écart d'énergie entre les niveaux concernés par le saut quantique :
DE = E(n) - (n’)=hν