V dvadsiatych rokoch bola zásluhou predných teoretických fyzikov, ako bol Lous de Broglie, Max Born, Werner Heisenberg, Erwin Schrodinger, P. A. M. Dirac a ďalší, vytvorená matematická teória kvantovej fyziky, tá ktorá je používaná v dnešnej dobe. Je to veľmi neobvyklá teória, pretože miesto čísel a funkcií pracuje sa so symbolmi zvanými operátormi. Experimenty dokazujú, že pravdivo popisujú zákony mikrosveta. Klasická mechanika stojí na tom, že s matematickou prednosťou možno určiť polohu planét v ľubovoľnom priestore v ľubovoľnom čase. Pri pohyboch v atómoch však presáva klasická mechanika platiť. Elektrón vnútri atómu sa nepohybuje len ako planéta, ale musí byť zároveň vlnou. Nepohybuje sa teda po kruhovej dráhe, ale koná akýsi divný tanec okolo jadra, hneď je tam a hneď zas tu. A napriek tomu je v jeho pohybe istý rad. Ak pohltí atóm svetelné kvantum, začne elektrón poskakovať vo väčšej vzdialenosti od jadra.

Spôsob akým sa elektrón pohybuje pre nás ale nieje dôležitý. Podstatné je, že atóm má určitú energiu, hovoríme, že sa nachádza na určitej energetickej hladine. Tato energia je nemenná, dokiaľ atóm nepohltí, alebo nevyžiari kvantum elektromagnetického žiarenia. K preskoku na vyššiu energetickú hladinu atóm musí pohltiť kvantum s určitou energiou, teda určitej vlnovej dĺžky. Táto vlnová dĺžka sa dá vypočítať zo vzdialenosti hladín atómu.

Medzi vyžiarením (emisiou) a pohltením (absorpciou) kvanta je ale určitý rozdiel. Je zrejmé, že kvantum energie musí byť pohltené ihneď po dopade. Čo ale donúti atóm na vyšší energetickej hladine, aby ju opustil a vyžiaril energiu?, A tu sme u jadra veci. Atóm zostane na vyššej hladine rôznu dobu, podľa toho ako stabilný bude jeho stav. Pre každú hladinu existuje určitá stredná doba života, po ktorej atóm zotrváva. Existujú hladiny o veľmi dlhej dobe života, kde sa atóm udržuje napr. i po dobu 2 sekundy. . Takým hladinám hovoríme metastabilné. Skôr alebo neskôr však atóm vyššiu hladinu opustí a vyžiari elektromagnetické kvantum. Učiní tak sám od seba, spontánne a preto hovoríme o spontánnej emisií žiarenia.
Kedy sa to stane je pre každý atóm vecou náhody. Čo je pre jeden atóm vecou náhody, je pre bilióny atómov železným zákonom. V priemere atómy energiu jednak vyžarujú a jednak pohlcujú za presne neobmedzenú dobu