U fizici se kaže da je sustav u pobuđenom stanju ako je na višoj energetskoj razini od svoje osnovne energetske razine ili osnovnog stanja. “Sustav” može biti atom, molekula, ion ili druga čestica. Kada sustav apsorbira energiju, prelazi u pobuđeno stanje, a kada emitira energiju, vraća se u osnovno stanje. Elektroni u atomu, na primjer, postoje u svom osnovnom stanju sve dok ne apsorbiraju energiju koja ih uzrokuje da skoče na višu energetsku orbitalu. Kada se to dogodi, reklo bi se da je elektron u pobuđenom stanju.
Elektroni, kao negativno nabijene čestice, drže se na pozitivno nabijenim protonima u jezgri atoma putem elektromagnetske sile. Oni okružuju jezgru u nizu atomskih orbitala, od kojih svaka odgovara diskretnoj energetskoj razini. Svaka orbita oko atomske jezgre, konceptualizirana kao elektronska ljuska, može zadržati samo određeni broj elektrona. Najniže razine energije obično se prvo popune. Kada se dana ljuska napuni, počet će se naseljavati više energetsko stanje.
Moguće je da elektron skoči na višu energetsku razinu prije nego što se ta razina napuni, ali to zahtijeva energiju izvan sustava. Ova energija može doći u obliku fotona, osnovne jedinice svjetlosti i drugog elektromagnetskog zračenja. Kada foton udari u atom, energija pokreće elektron na višu energetsku razinu.
Elektronu je potrebno više energije da skoči s prve energetske razine na drugu nego s druge na treću. To je zato što je privlačna sila električnog polja jezgre najjača u blizini jezgre i opada s udaljenosti. Elektroni na samom rubu električnog polja, daleko od jezgre, mogu biti uzbuđeni do točke da se potpuno oslobode atoma. Kada se to dogodi, atom gubi tu jedinicu negativnog naboja i postaje ioniziran – drugim riječima, više nije neutralno nabijen, već umjesto toga postaje pozitivno nabijen ion.
Uzbuđeno stanje je često kratko. Nakon skoka na višu energetsku razinu, elektron će obično emitirati foton ili fonon – jedinicu svjetlosti ili topline – kako bi se vratio u svoje osnovno stanje. To se može dogoditi prirodno, spontanom emisijom, ili umjetno, putem stimulirane emisije. U rijetkim slučajevima, pobuđeno stanje se duže zadržava u atomu, mijenjajući njegova kemijska svojstva.
Mnogi uređaji za proizvodnju svjetlosti dizajnirani su da pobuđuju elektrone da generiraju fotone spontanom ili stimuliranom emisijom. Laseri, na primjer, djeluju kroz stimuliranu emisiju. Fluorescentne cijevi i katodne cijevi koriste spontanu emisiju za proizvodnju svjetlosti.