În fizică, se spune că un sistem este într-o stare excitată dacă este la un nivel de energie mai mare decât nivelul său de energie de bază sau starea fundamentală. „Sistemul” poate fi un atom, moleculă, ion sau altă particulă. Când sistemul absoarbe energie, trece într-o stare excitată, iar când emite energie, revine la starea fundamentală. Electronii dintr-un atom, de exemplu, există în starea lor fundamentală până când absorb energie care îi determină să sară la un orbital de energie mai mare. Atunci când se întâmplă acest lucru, se spune că electronul este într-o stare excitată.
Electronii, ca particule încărcate negativ, sunt ținuți de protonii încărcați pozitiv din nucleul unui atom prin forță electromagnetică. Ele înconjoară nucleul într-un număr de orbitali atomici, fiecare dintre care corespunde unui nivel de energie discret. Fiecare orbită în jurul nucleului atomic, conceptualizată ca o înveliș de electroni, poate conține doar un anumit număr de electroni. Cele mai scăzute niveluri de energie tind să fie umplute mai întâi. Când o anumită carcasă este umplută, o stare de energie mai mare va începe să fie populată.
Este posibil ca un electron să sară la un nivel de energie mai înalt înainte ca acel nivel să fie populat, dar aceasta necesită energie din afara sistemului. Această energie poate veni sub forma unui foton, unitatea de bază a luminii și a altor radiații electromagnetice. Când un foton lovește atomul, energia propulsează electronul la un nivel de energie mai înalt.
Un electron necesită mai multă energie pentru a sări de la primul nivel de energie la al doilea decât de la al doilea la al treilea. Acest lucru se datorează faptului că forța de atracție a câmpului electric al nucleului este cea mai puternică aproape de nucleu și scade cu distanța. Electronii de la marginea câmpului electric, departe de nucleu, pot fi excitați până la punctul de a se elibera complet de atom. Când se întâmplă acest lucru, atomul pierde acea unitate de sarcină negativă și devine ionizat – cu alte cuvinte, nu mai este încărcat neutru, ci devine în schimb un ion încărcat pozitiv.
Starea de excitat este adesea scurtă. După ce a sărit la un nivel de energie mai înalt, un electron va emite de obicei un foton sau un fonon – o unitate de lumină sau căldură – pentru a reveni la starea sa fundamentală. Acest lucru se poate întâmpla în mod natural, prin emisie spontană, sau artificial, prin emisie stimulată. În cazuri rare, starea excitată este păstrată mai mult timp într-un atom, modificându-i proprietățile chimice.
Multe dispozitive producătoare de lumină sunt concepute pentru a excita electronii pentru a genera fotoni prin emisie spontană sau stimulată. Laserele, de exemplu, funcționează prin emisia stimulată. Tuburile fluorescente și tuburile cu raze catodice folosesc emisia spontană pentru a produce lumină.