Флуоресценции - эмиссия электромагнитного излучения из-за электрических дипольных переходов между различными энергетическими состояниями в соответствии с правилами отбора, которые отражают сохранение момента импульса для системы молекул. На рисунке схематически показан процесс флуоресценции молекул.
Изначально молекула находится в начальном состоянии E0 (при комнатной температуре большинство молекул находятся на нижнем колебательном подуровне из-за распределения Больцмана). При поглощении молекулой фотона она переходит в возбужденное состояние с нижнего энергетического уровня. В рамках этого электронного уровня молекула быстро релаксирует до самого низкого колебательно-вращательного подуровня с помощью безызлучательных процессов. В самом низком колебательно-вращательном состоянии время жизни молекул больше (порядка 10 нс), чем в верхнем.
Переход с уровня на основной уровень проходит с испусканием фотона, это и есть флуоресценция. Наконец, молекула релаксирует в основное состояние в процессе безызлучательных процессов.