Enerji seviyesi
Enerji seviyesi dönüşümleri

Fazla bilgi: atomsal elektron değişimi, Jablonski diyagramları ve Franck-Condon diyagramları.
Atomlar ve moleküllerdeki elektronlar, enerjisi tamı tamına iki seviyeleri arasındaki enerji farkına eşit olması gereken bir fotonu emerek ya da dışarı vererek enerji seviyelerini değiştirebilirler. Elektronlar, ayrıca iyon, molekül ya da atom gibi özel bir kimyasal türlerinden çıkarılabilirler. Bir elektronun bir atomdan tamamen kurtuluşu iyonlaşmanın bir formudur. (pratikte geriye kalan atom(iyon) üzerinde bir etkiye sahip olmaması için bir etkide, sonsuz bir temel kuantum sayısına sahip yörüngenin dışına doğru ekili biçimde elektron göndererek)
Atomların çeşitli türleri için 1., 2.,3. gibi iyonlaşma enerjileri vardır; orijinal olarak temel enerji seviyesindeki atomdan başlayarak en yüksek enerjili elektronların 1. sonra 2. sonra 3. vb çıkarımı. Eş karşıt niceliklerdeki enerji, ayrıca ortaya çıkabilir; bazen elektronlar pozitif yüklü iyonlara ya da atomlara eklendiğinde foton enerjisi halinde salıverilir. Moleküller ayrıca titreşimsel ya da dönel enerji seviyeleri değişimine uğrayabilirler. Enerji seviyesi dönüşümleri ayrıca ışınımsal olamayabilir, bir fotonun emilimi ya da soğurulması gerçekleşmeyebilir.
Eğer bir atom, molekül ya da iyon mümkün olabilecek en düşük enerji seviyesinde ise kendinin ve elektronların temel seviyede olduğu söylenilir. Eğer daha yüksel bir enerji seviyesinde ise uyarılmış denilir ya da temel seviyeden yüksek enerjiye sahip olan elektronlar uyarılmıştır. Bu tür bir grup, enerjisi seviyeleri arasındaki enerji farkına eşit olan herhangi bir fotonu emerek daha yüksek enerji seviyesine uyarılabilir. Tersine uyarışmış bir grup, enerji farkına eşit bir foton salarak daha düşük enerji seviyesine inebilir. Bir fotonun enerjisi Planck sabiti (h) çarpı frekans a eşittir ve bu yüzden (ν) frekansi ile orantılıdır ya da dalga boyu ile(λ) ters orantılıdır.[kaynak belirtilmeli]
Buna bağlı olarak spektroskopinin (tayf ölçümü) birçok türleri analize edilen materyaldeki bilgi sağlayan emilen ya da salınan fotonların dalga boyu ya da frekansını belirlemeye dayanır. (spektrum ile analize edilerek elde edilen materyallerin elektronik yapısı ve enerji seviyesi üzerine bilgi içeren)
Yıldız işareti genelde uyarılmış durumu göstermek için kullanılır. Bir molekülde enerji dönüşümü yani temel seviyeden uyarışmış seviye geçişi şu şekilde gösterilebilir: σ → σ*, π → π* ya da  n → π*  elektronun uyarılmasının bir σ bağından σ karşıbağına, bir π bağından bir π karşıbağ yörüngesine ya da  bir n karşıbağından bir π karşıbağ yörüngesine.
Her tür uyarılmış moleküller için ayrıca temel seviyelerine geçmeleri mümkündür; σ* → σ, π* → π veya  π* → n ile gösterilebilir.[kaynak belirtilmeli]
Yüksel sıcaklık sıvı atom ve moleküllerin öteleme enerjilerini arttırarak daha hızlı hareket etmelerine neden olur ve termal olarak uyarılmış moleküllere daha yüksek ortalama titreşimsel ve dönel genişlik değerleri kazanmasına neden olur. (molekülü daha yüksek iç enerji seviyelerine uyarır)Bunun anlamı sıcaklık arttıkça molekülsel ısı kapasitesine titreşimsel, dönel ve öteleme katkıları, moleküllerin daha fazla ısı emmesini ve içsel enerjilerini daha fazla tutmalarını sağlar. Isı iletimi tipik olarak, moleküller ya da atomlar birbirleri arasında ısı iletmek için çarpışımı ile oluşur. Daha yüksek sıcaklıklarda elektronlar termal olarak atom veya moleküllerde daha yüksek enerji seviyelerine uyarılabilir. Bir elektronun sonraki enerji seviyesine düşüşü  belki renkli bir parıltıya neden olan foton çıkarımı yapabilir.[kaynak belirtilmeli]
Çekirdekten uzak bir elektron çekirdeğe yakın olan bir elektrondan daha fazla potansiyel enerjiye sahiptir fakat çekirdeğe daha az bağlıdır çünkü potansiyel enerjisi negatiftir ve çekirdekten uzaklığına ters orantılı bir şekilde bağlıdır.[kaynak belirtilmeli]