某些物质经某波长入射光照射后，分子被激发从S_a到S_b，并在很短时间内去激发从S_b返回S_a，发出波长长于入射光的荧光。

设分子能级为基态S_a，激发态S_b。

分子在能级S_a和S_b上的分布按照波尔兹曼分布规律：

基态上分子数目变化速率为

平衡时（稳定态），上式为0： 又有：

迁移几率（爱因斯坦系数）

偶极强度

频率ν处的入射光强

推导出： S_b通过发射光子从回到S_a的几率，即衰减常数λ

S_b上的分子去激发速率

上式的一个解为

可见激发态上的分子数目以指数形式衰减，衰减常数为A_ba S_b的辐射寿命为（此处参考指数衰减）

此仅当吸收的光子和随后发射的光子相同时候有效，即全部吸收的光能量通过辐射过程全部发出光子消耗掉。 而实测时激发态寿命很少和上述寿命一致，因为激发态除了直接发射光子外有很多其他途径失去能量。

Fluorescence spectroscopy (also known as fluorometry or spectrofluorometry) is a type of electromagnetic spectroscopy which analyzes fluorescence from a sample. It involves using a beam of light, usually ultraviolet light, that excites the electrons in molecules of certain compounds and causes them to emit light; typically, but not necessarily, visible light. A complementary technique is absorption spectroscopy. In the special case of single molecule fluorescence spectroscopy, intensity fluctuations from the emitted light are measured from either single fluorophores, or pairs of fluorophores.