Slavný dánský fyzik Niels Bohr vypracoval v letech 1912-1913 planetární model atomu vodíku. Podle něj obíhají elektrony kolem jádra po vymezených drahách podobně jako planety kolem slunce. Přeskočí-li elektron z jedné dráhy na druhou, může atom získat či ztratit energii v podobě elektromagnetického záření. Energie atomu se změní právě o vyzářené nebo pohlcené kvantum. Poloměr dráhy a další parametry elektronu se musí změnit skokem.

Ve dvacátých letech byla zásluhou předních teoretických fyziků, jako byl Lous de Broglie, Max Born, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, P. A. M. Dirac a další, vytvořena matematická teorie kvantové mechaniky, jak ji fyzika používá v dnešní podobě. Je to velmi neobvyklá teorie, protože místo s čísly a funkcemi pracuje se symboly zvanými operátory. Experimenty nicméně dokazují, že pravdivě popisují zákony mikrosvěta. Klasická mechanika stojí na tom, že lze s matematickou přesností určit polohu planet v prostoru v libovolném čase. Při pohybech uvnitř atomů však přestává klasická mechanika platit. Elektron uvnitř atomu se nepohybuje jen jako planeta, ale musí být zároveň vlnou. Nepohybuje se tedy po kruhové dráze, ale koná jakýsi roztodivný tanec kolem jádra, hned je tam a hned zas tady. I přesto je v jeho pohybu jistý řád. Pohltí-li atom světelné kvantum, začne elektron poskakovat ve větší vzdálenosti od jádra.

Způsob jakým se elektron pohybuje pro nás ale není důležitý. Podstatné je, že atom má určitou energii, říkáme, že se nachází na určité energetické hladině. Tato energie je neměnná, dokud atom nepohltí, nebo nevyzáří kvantum elektromagnetického záření. K přeskoku na vyšší energetickou hladinu musí atom pohltit kvantum s určitou energií, tedy určité vlnové délky. Tato vlnová délka se dá vypočítat ze vzdálenosti energetických hladin atomu.

Mezi vyzářením (emisí) a pohlcením (absorpcí) kvanta energie je ale určitý rozdíl. Je zřejmé, že kvantum energie musí být pohlceno ihned po dopadu. Co ale donutí atom na vyšší energetické hladině, aby ji opustil a vyzářil energii?. A tu jsme u jádra věci. Atom zůstane na vyšší hladině různou dobu, podle toho jak stabilní bude jeho stav. Pro každou hladinu existuje určitá střední doba života, po níž atom na této hladině setrvává. Existují hladiny o velmi dlouhé době života, kde se atom udržuje třeba i po dobu celé vteřiny. Takovým hladinám říkáme metastabilní. Dříve nebo později však atom vyšší hladinu opustí a vyzáří elektromagnetické kvantum. Učiní tak sám od sebe, spontánně a proto hovoříme o spontánní emisi záření. Kdy se to stane je pro každý jednotlivý atom věcí náhody.