A luminescência, que é a emissão de luz por uma substância que absorveu energia, é um processo que envolve a interação de moléculas com a luz. O diagrama de nível de energia, ou diagrama de Jablonski, é uma representação gráfica dessas interações, ilustrando os vários estados e transições que uma molécula pode sofrer. Em um diagrama de Jablonski típico, a linha horizontal mais baixa representa a energia do estado fundamental da molécula, que geralmente é um estado singleto. Este estado representa as energias da maioria das moléculas em uma solução à temperatura ambiente. As linhas superiores representam níveis de energia vibracional de três estados eletrônicos excitados: o primeiro e o segundo estados eletrônicos singleto e o primeiro estado eletrônico tripleto.

Cada um desses quatro estados eletrônicos está associado a vários níveis de energia vibracional. As transições de absorção podem ocorrer do estado eletrônico singleto fundamental para vários níveis vibracionais dos estados eletrônicos singleto excitados. A transição tripleto envolve uma mudança na multiplicidade e, portanto, tem uma probabilidade muito baixa de ocorrência. Uma molécula excitada pode retornar ao seu estado fundamental por meio de várias etapas mecanicistas. Duas dessas etapas, fluorescência e fosforescência, envolvem a emissão de um fóton, enquanto outras são processos sem radiação. A rota preferida para o estado fundamental é aquela que minimiza o tempo de vida do estado excitado. Portanto, se a desativação por fluorescência for rápida em comparação aos processos sem radiação, tal emissão é observada. Por outro lado, a fluorescência está ausente, ou é menos intensa, se um caminho sem radiação tiver uma constante de taxa mais favorável.

Moléculas excitadas para o primeiro e segundo estados singlete eletrônicos perdem rapidamente qualquer excesso de energia vibracional e relaxam para o nível vibracional fundamental desse estado eletrônico, por meio de um processo não radiacional chamado relaxamento vibracional. O termo conversão interna descreve processos intermoleculares que deixam a molécula em um estado eletrônico de menor energia sem a emissão de radiação. Esses processos não são bem definidos nem bem compreendidos, mas geralmente são altamente eficientes. A conversão interna pode ocorrer entre dois estados da mesma multiplicidade (singleto-singleto ou tripleto-tripleto), especialmente quando dois níveis de energia eletrônica estão suficientemente próximos para que haja uma sobreposição nos níveis de energia vibracional.

O cruzamento intersistema, outro processo de desativação, é um cruzamento entre estados eletrônicos de multiplicidade diferente. Assim como a conversão interna, a probabilidade de cruzamento intersistema é aumentada se os níveis vibracionais dos dois estados se sobrepõem. O cruzamento intersistema é mais comum em moléculas que contêm átomos pesados, como iodo ou bromo, devido ao aumento de interações de spin e orbitais.

Relaxamento vibracional, conversão interna, conversão externa e cruzamento intersistema são todas formas de desativação sem radiação, onde uma molécula em um estado excitado perde energia sem emitir um fóton. Por outro lado, fluorescência e fosforescência envolvem a emissão de um fóton. Em ambos os casos, a molécula retorna a um estado eletrônico de menor energia, mas a diferença está na multiplicidade dos estados envolvidos e na vida útil do estado excitado. Em resumo, os processos de desativação na luminescência são complexos e envolvem uma combinação de transições radiativas e não radiativas. A eficiência desses processos pode afetar muito as propriedades luminescentes observadas de um material.