根據波茲曼 （Boltzmann）分布，分子在室溫時基本上處于 電子能級的基態。當吸收了紫外-可見光后，基態分子中的電子只能躍遷到激發單重態的各個不同振動-轉動能級，根據自旋禁阻選律, 不能直接躍遷到激發三重態的各個振動-轉動能級。
處于激發態的分子是不穩定的，通常以輻射躍遷和無輻射躍遷等方式釋放多余的能 量而返回至基態，發射熒光是其中的一條途徑。
振動弛豫（vibrational relexation）
是處于激發態各振動能級的分子通過與溶劑分子的碰攛而將部分振動能量傳遞給溶劑分子，其電子則返回到同一電子激發態的最低振動能級的過程。由于能量不是以光輻射的形式放出，故振動弛豫屬于無輻射躍遷。振動弛豫只能在同一電子能級內進行，發生振動弛豫的時間約為
秒數量級。
內部能量轉換（ internal conversion）
簡稱內轉換，是當兩個電子激發態之間的能量相差較小以致其振動能級有重疊時，受激分子常由高電子能級以無輻射方式轉移至低電子能級的過程。
熒光發射
無論分子最初處于哪一個激發單重態，通過內轉換及振動弛豫，均可返回到第一激發單重態的最低振動能級，然后再以輻射形式發射光量子而返回至基態的任一振動能級上,這時發射的光量子稱為熒光。由于振動弛豫和內轉換損失了部分能童，故熒光的波長總比激發光波長要長。發射熒光的過程為
秒。由于電子返回基態時可以停留在基態的任一振動能級上，因此得到的熒光譜線有時呈現幾個非常靠近的峰。通過進一步振動弛豫，這些電子都很快地回到基態的最低振動能級。
外部能量轉換（ external conversion）
簡稱外轉換，是溶液中的激發態分子與溶劑分子或與其他溶質分子之間相互碰撞而失去能量，并以熱能的形式釋放能量的過程。外轉換常發生在第一激發單重態或激發三重態的最低振動能級向基態轉換的過程中。外轉換會降低熒光強度。
體系間跨越（interaystem crossing）
是處于激發態分子的電子發生自旋反轉而使分子的多重性發生變化的過程。分子由激發單重態跨越到激發三重態后，熒光強度減弱甚至熄滅。含有重原子如碘、溴等的分子時，體系間跨越最為常見，原因是在髙原子序數的原子中，電子的自旋與軌道運動之間的相互作用較大，有利于電子自旋反轉的發生。另外，在溶液中存在氧分子等順磁性物質也容易發生體系間跨越，從而使熒光減弱。
磷光（ phosphorescence） 發射
經過體系間跨越的分子再通過振動弛豫降至激發三重態的最低振動能級，分子在激發三重態的最低振動能級可以存活一段時間，然后返回至基態的各個振動能級而發出光輻射，這種光輻射稱為磷光。由于激發三重態的能級比激發單重態的最低振動能級能M低 ，所以磷光輻射的能量比熒光更小，亦即磷光的波民比熒光更長。因為分子在激發三重態的壽命較長，所以磷光發射比熒光更遲，需 要
秒或更長的時間。由于熒光物質分子與溶劑分子間相互碰撞等因素的影響，處于激發三重態的分子常常通過X 輻射過程失活回到基態，因此在室溫下很少呈現磷光，只有通過冷凍或固定化而減少外轉換才能檢測到磷光，所以磷光法不如熒光分析法普遍。