La luminescenza, l'emissione di luce da parte di una sostanza che ha assorbito energia, è un processo che coinvolge l'interazione delle molecole con la luce. Il diagramma dei livelli energetici, o diagramma di Jablonski, è la rappresentazione grafica di queste interazioni, che illustra i vari stati e transizioni che una molecola può subire. In un tipico diagramma di Jablonski, la linea orizzontale più bassa rappresenta l'energia dello stato fondamentale della molecola, che di solito è uno stato di singoletto. Questo stato rappresenta le energie della maggior parte delle molecole in una soluzione a temperatura ambiente. Le linee superiori rappresentano i livelli di energia vibrazionale di tre stati elettronici eccitati: il primo e il secondo stato elettronico di singoletto e il primo stato elettronico di tripletto.

Ognuno di questi tre stati elettronici è associato a numerosi livelli di energia vibrazionale. Le transizioni di assorbimento possono verificarsi dallo stato elettronico di singoletto fondamentale a vari livelli vibrazionali degli stati elettronici di singoletto eccitati. La transizione di tripletto comporta un cambiamento nella molteplicità, quindi ha una probabilità di verificarsi molto bassa. 

Una molecola eccitata può tornare al suo stato fondamentale attraverso diversi passaggi meccanicistici. Due di queste fasi, la fluorescenza e la fosforescenza, comportano l'emissione di un fotone, mentre altre sono processi senza radiazioni. Il percorso preferito per lo stato fondamentale è quello che riduce al minimo la durata dello stato eccitato. Pertanto, se la disattivazione per la fluorescenza è rapida rispetto ai processi senza radiazioni, si osserva tale emissione. Al contrario, la fluorescenza è assente, o meno intensa, se un percorso senza radiazioni ha una costante di velocità più favorevole. Le molecole eccitate al primo e al secondo stato di singoletto elettronico perdono rapidamente qualsiasi energia vibrazionale in eccesso e si rilassano al livello vibrazionale fondamentale di quello stato elettronico, attraverso un processo non radiativo chiamato rilassamento vibrazionale. Il termine conversione interna descrive i processi intermolecolari che lasciano la molecola in uno stato elettronico a energia inferiore senza l'emissione di radiazioni. Questi processi non sono né ben definiti né ben compresi, ma spesso sono altamente efficienti. La conversione interna può verificarsi tra due stati della stessa molteplicità (singoletto-singoletto o tripletto-tripletto), specialmente quando due livelli di energia elettronica sono sufficientemente vicini da far sì che vi sia una sovrapposizione nei livelli di energia vibrazionale. 

L'incrocio intersistemico, un altro processo di disattivazione, è un incrocio tra stati elettronici di diversa molteplicità. Come nella conversione interna, la probabilità di incrocio intersistemico aumenta se i livelli vibrazionali dei due stati si sovrappongono. L'incrocio intersistemico è più comune nelle molecole che contengono atomi pesanti, come lo iodio o il bromo, a causa dell'aumento delle interazioni di spin e orbitali. 

Il rilassamento vibrazionale, la conversione interna, la conversione esterna e l'incrocio intersistemico sono tutte forme di disattivazione senza radiazioni in cui una molecola in uno stato eccitato perde energia senza emettere un fotone. D'altro canto, la fluorescenza e la fosforescenza comportano l'emissione di un fotone. In entrambi i casi, la molecola ritorna a uno stato elettronico a energia inferiore, ma la differenza sta nella molteplicità degli stati coinvolti e nella durata dello stato eccitato. Per riassumere, i processi di disattivazione nella luminescenza sono complessi e comportano una combinazione di transizioni radiative e non radiative. L'efficienza di questi processi può influenzare notevolmente le proprietà luminescenti osservate di un materiale.