電子の取りうる状態は次の4つの量子数で区別されます。パウリの排他原理によれば，4つの量子数（主量子数n，方位量子数ℓ，磁気量子数mℓ，スピン磁気量子数ms）で決まる1つの量子状態にはただ1つの電子しか入ることができません。
次に，原子番号が11，すなわち11個の電子を持つナトリウム原子（Na）について見てみましょう。最も低いエネルギー状態がn=1，ℓ＝0，mℓ＝0，ms＝±1/2で，2個の電子が入ります。この状態を1sと呼びます。その上にある状態が2s（n=2，ℓ＝0，mℓ＝0，ms＝±1/2）で2個の電子，その上が2p（n=2，ℓ＝1，mℓ＝–1，0，1，ms＝±1/2）で6個の電子が入ることができます。
これで，ナトリウム原子がもっている11個の電子のうち，10個までの状態が決まりました。残る1個の電子がどこに入るのでしょう。直ぐ上に3s（n=3，ℓ=0，mℓ＝0，ms＝±1/2）状態があり，そこに入っています。電子がこのような状態にあるときが，原子として最も低いエネルギーを取ります。一番上の電子のみに着目して電子の状態を描いたものが図3です。このような状態を基底状態と呼んでいます。
この原子に外部からエネルギーを投入すると，一番上にいる電子がそのエネルギーを吸収して，もっと上の状態に移ります。図4では，3sの直ぐ上の3p状態に移ったものが描いてあります。もっと大きなエネルギーを投入すると，さらに上の3d状態に移る場合もあります。
さらに，もっと大きな5 eV以上のエネルギーを入れると，電子のエネルギーはプラスになり，原子核の束縛から離れて，自由に動き回ることができます。このような電子を自由電子と言います。話を元に戻して，もっとも高いエネルギーを持つ電子が3p状態にあり，その下の3s状態は空席になった状態を第1励起状態と呼んでいます。
図4のような状態になると，原子はできるだけ低いエネルギー状態に戻ろうとします。すなわち，3p状態の電子がエネルギーを失って，下の3s状態に戻ります。このとき，状態間のエネルギー差に相当するエネルギーを光として放出します。これが発光です。
