Atomien elektronien energiat on kvantittuneet eli ne saavat vain tiettyjä kiinteitä arvoja. Atomi virittyy vastaanottaessaan juuri sopivan määrän energiaa fotonin muodossa. Tällöin atomin elektroni siirtyy korkeammalle energiatasolle.

Elektronit palaavat luonnostaan kohti alinta energiatasoa, jolloin atomin viritystila purkautuu ja se luovuttaa energiaa fotonina. Viritystila voi purkautua vaiheittain useiden viritystilojen kautta.

Atomi vastaanottaa tai luovuttaa vain fotoneita, joiden energia on täsmälleen kahden tilan energioiden välisen erotuksen [[$ \Delta E $]]​ suuruinen. Fotonin aallonpituus lasketaan tällöin kaavasta:
​[[$ \quad \Delta E=\dfrac{hc}{\lambda} $]]​

Vetyatomin energiatasot

Vetyatomin elektronin mahdolliset energiat noudattavat kaavaa
​[[$ \quad E_n=-\dfrac{13,6 \text{ eV}}{n^2} $]]​

​Vedyn perustilaa kuvaa arvo n=1. Vedyn ensimmäistä viritystilaa vastaa arvo n=2, toista viritystilaa n=3 jne.

Vetyatomiin sidotun elektronin energia on negatiivinen. Korkeimpien viritystilojen energiat ovat hyvin lähellä nollaa. Fotoni, jonka energia on 13,6 eV tai suurempi, aiheuttaa vedyn ionisoitumisen.

Absorptio- ja emissiospektri

Aineen atomit absorboivat fotoneita, joiden energia on juuri sopiva virittämään atomin perustilasta jollekin viritystilalle. Absorptiospektristä puuttuvat tällaisten fotonien aallonpituudet. Aineen virittyneet atomit emittoivat fotoneita, joiden energia vastaa siirtymiä viritystilalta kohti perustilaa.Emissiospektri koostuu aallonpituuksista, joita vastaava fotoni on vapautunut virityksen purkautuessa.