Inom fysiken sägs ett system vara i ett exciterat tillstånd om det är på en högre energinivå än dess baslinjeenerginivå, eller grundtillstånd. ”Systemet” kan vara en atom, molekyl, jon eller annan partikel. När systemet absorberar energi övergår det till ett exciterat tillstånd, och när det avger energi återgår det till ett grundtillstånd. Elektroner i en atom existerar till exempel i sitt grundtillstånd tills de absorberar energi som får dem att hoppa till en orbital med högre energi. När detta inträffar skulle elektronen sägas vara i ett exciterat tillstånd.
Elektroner, som negativt laddade partiklar, hålls till de positivt laddade protonerna i en atoms kärna genom elektromagnetisk kraft. De omger kärnan i ett antal atomära orbitaler, som var och en motsvarar en diskret energinivå. Varje bana runt atomkärnan, konceptualiserad som ett elektronskal, kan bara hålla ett visst antal elektroner. De lägsta energinivåerna tenderar att fyllas först. När ett givet skal är fyllt kommer ett högre energitillstånd att börja befolkas.
Det är möjligt för en elektron att hoppa till en högre energinivå innan den nivån är befolkad, men detta kräver energi från utsidan av systemet. Denna energi kan komma i form av en foton, den grundläggande enheten för ljus och annan elektromagnetisk strålning. När en foton träffar atomen driver energin elektronen till en högre energinivå.
En elektron kräver mer energi för att hoppa från den första energinivån till den andra än från den andra till den tredje. Detta beror på att attraktionskraften hos kärnans elektriska fält är starkast nära kärnan, och minskar med avståndet. Elektroner i ytterkanten av det elektriska fältet, långt från kärnan, kan exciteras till den grad att de lossnar helt från atomen. När detta händer förlorar atomen den negativa laddningsenheten och blir joniserad – med andra ord är den inte längre neutralt laddad, utan blir istället en positivt laddad jon.
Det upphetsade tillståndet är ofta kort. Efter att ha hoppat till en högre energinivå kommer en elektron vanligtvis att sända ut en foton eller fonon – en enhet av ljus eller värme – för att återgå till sitt grundtillstånd. Detta kan ske naturligt, genom spontan emission, eller artificiellt, genom stimulerad emission. I sällsynta fall bevaras det exciterade tillståndet längre i en atom, vilket ändrar dess kemiska egenskaper.
Många ljusproducerande enheter är designade för att excitera elektroner för att generera fotoner genom spontan eller stimulerad emission. Lasrar fungerar till exempel genom den stimulerade emissionen. Lysrör och katodstrålerör använder spontan emission för att producera ljus.