Es posible identificar un material desconocido mediante un proceso llamado espectroscopía, comparando sus espectros de emisión o absorción con otros de materiales conocidos. Existen distintos tipos de espectroscopía que son particularmente útiles para determinar la composición química de un material. Esto es posible porque los distintos elementos químicos tienen espectros característicos diferentes. El hidrógeno fue el primer elemento que se estudió con detalle, y su espectro está ahora bien explicado. Pero no sólo los elementos simples producen espectros: el Sol, por ejemplo, tiene un espectro complejo con muchas líneas de absorción.
Normalmente, todos los electrones están en su estado más bajo posible de energía y el átomo, como un todo, se dice que está en su estado fundamental
o que no está excitado. Si se suministra energía al átomo, por ejemplo, calentando una sustancia, exponiéndolo a la luz, o bombardeándolo con electrones, los electrones propios del átomo pueden saltar hacia niveles de energía más elevados. Los niveles de energía dentro de un átomo son como los pisos de un edificio: los electrones sólo pueden estar en el primer nivel, en el segundo, o en niveles más altos; no pueden ocupar los espacios entre los niveles. De acuerdo con la
Sin embargo, los átomos excitados no son estables. Después de tan solo unos 10-9 s (un nanosegundo), un átomo excitado puede desexcitarse hacia un estado de energía menor (normalmente el estado fundamental, pero a veces a un estado entre éste y el estado excitado original. Imagínese el ascensor de un edificio que baja del piso más alto a la planta baja y se detiene en el segundo o tercer piso en su camino). La energía que posee se emite como un
El proceso por el que los electrones atómicos se excitan hacia estados de energía elevada, antes de volver a su estado fundamental, explica cómo las sustancias absorben y emiten luz. Este proceso se conoce genéricamente como