原子构成所有现存材料的基石。在这些原子中，有一个中心部分叫做原子核(图1中的N)，它由质子和中子组成，围绕着质子和中子旋转的粒子叫做电子。其次，应当注意到，构成所考虑材料的所有电子并非都沿同一轨道旋转。但这并不意味着他们的革命道路可以是随机的。也就是说，一个特定原子的每个电子都有自己的专用路径，称为轨道，绕着中心核旋转。正是这些轨道被称为原子的能级。
这是因为，它们中的每一个都有一个专门的能量量，这个能量量用方程的整数倍来表示
其中，h是普朗克常数，υ是频率。
图2以电子伏特(eV)的形式显示了不同能态(以及其中所有电子)所具有的有限能量。从图中可以看出，电子的能量随着远离物体中心而增加原子。例如，处于第一能态(E1)的能量为-13.6 eV2)的能量为-3.4 eV，以此类推。继续这样，一个人可以达到一个能级，在这个能级能量变为0 eV，也就是能级E∞。
现在假设我们提供外部能量(可能以任何方式包括光)给物质。这种供给的能量将被构成材料的原子中存在的电子所吸收。然而，电子并没有像它们希望的那样吸收任何能量。这是因为，如果一个电子吸收了一些能量，那么它的净能量就会改变。这一转变意味着电子不能再停留在原来的能级。举个例子，一个能量为E的电子1吸收4 eV的能量。这样做，电子的净能量会增加到
因此它不能再停留在E能级1它的能量是-13。6 eV。此外，它不能看到任何其他能级的能量与它所拥有的能量相等。这让它迷失了方向!
另一方面，如果这个电子吸收了10。2ev的能量，那么它增加的能量将是
这就是E层所拥有的能量2意思是原来在E里的电子1现在是在E能级吗2。换句话说，我们说这个电子已经从E能级跃迁了1到E层2这反过来又会导致一个受激原子。然而，电子不能长期保持这种不稳定的状态。它很快就会从E层过渡到原来的状态2到E层1。但这里需要注意的一点是，当这样做时，电子以电磁波的形式释放出10.2 eV的能量(与被吸收的能量相同)。
从讨论中可以看出，电子只被允许吸收(或等效发射)量子化的能量。这个能量的量只不过是发生跃迁的能级之间的能量差。接下来，从图2中可以看出，能量状态之间的差异随着远离E而减小1即……
这意味着最外层的电子比最内层的电子需要更少的能量来激发。这与一个众所周知的事实是一致的，即原子核附近的电子被强烈地束缚在原子上原子而不是远离它的那些。
虽然我们已经解释了激发的过程，但同样的论证方式甚至适用于解放的情况。这是因为，我们可以假设电子被激发到，能级，能量为，0ev (E∞)，它将完全不受原子核的引力的影响。对于金属这样的材料来说，正是这些自由电子有助于导电。
