V fiziki pravimo, da je sistem v vzbujenem stanju, če je na višji energijski ravni od osnovnega energijskega nivoja ali osnovnega stanja. “Sistem” je lahko atom, molekula, ion ali drug delec. Ko sistem absorbira energijo, preide v vzbujeno stanje, ko oddaja energijo, pa se vrne v osnovno stanje. Elektroni v atomu na primer obstajajo v svojem osnovnem stanju, dokler ne absorbirajo energije, zaradi katere skočijo na višjo energijsko orbitalo. Ko se to zgodi, bi rekli, da je elektron v vzbujenem stanju.
Elektroni kot negativno nabiti delci se z elektromagnetno silo držijo na pozitivno nabitih protonih v jedru atoma. Jedro obdajajo v številnih atomskih orbitalah, od katerih vsaka ustreza diskretni energijski ravni. Vsaka orbita okoli atomskega jedra, konceptualizirana kot elektronska lupina, lahko zadrži le določeno število elektronov. Najnižje ravni energije se ponavadi najprej napolnijo. Ko je dana lupina napolnjena, se bo začelo naseljevati višje energijsko stanje.
Možno je, da elektron skoči na višjo energijsko raven, preden se ta raven napolni, vendar to zahteva energijo izven sistema. Ta energija je lahko v obliki fotona, osnovne enote svetlobe in drugega elektromagnetnega sevanja. Ko foton udari v atom, energija požene elektron na višjo energijsko raven.
Elektron potrebuje več energije, da preskoči s prve energijske ravni na drugo kot z druge na tretjo. To je zato, ker je privlačna sila električnega polja jedra najmočnejša blizu jedra in se z razdaljo zmanjšuje. Elektroni na samem robu električnega polja, daleč od jedra, se lahko vzbudijo do točke, da se popolnoma osvobodijo atoma. Ko se to zgodi, atom izgubi to enoto negativnega naboja in postane ioniziran – z drugimi besedami, ni več nevtralno nabit, ampak namesto tega postane pozitivno nabit ion.
Vzbujeno stanje je pogosto kratko. Ko skoči na višjo energijsko raven, elektron običajno odda foton ali fonon – enoto svetlobe ali toplote -, da se vrne v osnovno stanje. To se lahko zgodi naravno, s spontano emisijo ali umetno, s stimulirano emisijo. V redkih primerih se vzbujeno stanje dlje ohrani v atomu, kar spremeni njegove kemične lastnosti.
Številne naprave za proizvodnjo svetlobe so zasnovane tako, da vzbujajo elektrone za ustvarjanje fotonov s spontano ali stimulirano emisijo. Laserji na primer delujejo s stimulirano emisijo. Fluorescentne in katodne cevi uporabljajo spontano emisijo za proizvodnjo svetlobe.