Immagina di avere una scala seminfinita (esiste il gradino piu' basso ma verso l'alto non finiscono mai), ogni gradino non e' piatto, ma ondulato in modo che alcuni punti del gradino sono piu' in alto di altri, inoltre il punto piu' basso di ogni gradino e' nettamente piu' in alto del punto piu' alto del gradino inferiore. Se ti trovi su una scala fatta in questo modo bizzarro potresti far variare l'altezza a cui ti trovi spostandoti lungo un gradino (che e' ondulato e quindi va su e giu' come una sinusoide) oppure potresti saltare sul gradino superiore o inferiore. In questo modo potresti variare l'altezza a tuo piacere, ma ci sarebbero dei valori dell'altezza che non potresti mai assumere, sono quelli che separano il punto piu' alto di un gradino dal punto piu' basso del gradino superiore (che come abbiamo detto sono separati nettamente).

Gli elettroni nella materia si trovano in una situazione simile, solo che la scala che li riguarda non fa variare la loro altezza ma la loro energia meccanica totale (nello studio delle proprieta' della materia non e' necessario tenere conto dell'energia intriseca della massa dell'elettrone perche' gli effetti relativistici sono trascurabili dato che le velocita' delle particelle sono molto piu' basse di quella della luce) e i gradini sono chiamati livelli energetici. Per alcune sostanze i gradini sono molto ondulati, per altre meno, per alcune sostanze (per esempio nei gas e nei liquidi) i gradini sono piatti e la variazione di energia per l'elettrone avviene solo saltando da un gradino all'altro. Dato che gli elettroni sono sottoposti al principio di Pauli, per cui due elettroni non possono trovarsi nello stesso stato, e inoltre sono sottoposti al principio universale di minimo dell'energia, per cui all'equilibrio qualsiasi oggetto si pone nello stato a energia piu' bassa tra quelli disponibili, accade che in una sostanza gli elettroni riempiono i gradini a partire dal piu' basso fino ad un certo gradino, i gradini piu' alti sono vuoti.

Quando un elettrone viene eccitato e' perche' riceve energia in qualche modo (tipicamente tramite assorbimento o urto con un fotone) e quindi salta su un gradino piu' alto di quello dove si trovava prima, ovviamente deve essere un gradino libero. Ma questa non e' una situazione di equilibro e dopo poco tempo (frazioni di secondo) l'elettrone cade di nuovo nel gradino di partenza, tornando ad un livello energetico inferiore, la differenza di energia tra il livello eccitato e il livello raggiunto dopo la diseccitazione rappresenta la quantita' di energia meccanica che l'elettrone perde durante il processo di diseccitazione. Se fosse un sistema classico potremmo dire che l'elettrone ha rallentato o si e' spostato in un punto a energia potenziale minore o una combinazione delle due cose, trattandosi di un sistema quantistico e' piu' difficile visualizzare cosa accade perche' non ha piu' molto senso parlare di energia cinetica e potenziale dato che la velocita' e la posizione non possono essere nettamente determinate, pero' ha comunque senso parlare di energia meccanica totale, purche' non si commetta l'errore di voler separare i due contributi classici. Questa quantita' di energia non puo' certo andare perduta, quello che accade e' che questa energia "ricompare" sottoforma di fotone che si allontana dal sistema che contiene l'elettrone alla velocita' delle luce.

La differenza tra le varie sostanze si manifesta sugli elettroni tramite una diversa configurazione o "forma" del potenziale elettostatico dovuto ai nuclei che agisce sugli elettroni, ed e' questo potenziale che genera la struttura a gradini dei livelli energetici, e quindi che determina a quanto ammontano i salti di energia e quindi la frequenza ( o le frequenze) dei fotoni (e quindi della luce) emessi dalla sostanza dopo l'eccitazione.

Durante questi processi la massa dell'elettrone non varia in maniera apprezzabile (come insegna Einstein questa variazione di massa c'e' ogni volta che varia lo stato energetico ma in alcuni casi questa variazione puo' essere cosi' piccola da non essere misurabile) perche' i salti energetici a cui e' sottoposto tipicamente un elettrone all'interno della materia sono molto piu' piccoli dell'energia equivalente alla massa a riposo dell'elettrone.