In der Physik spricht man von einem angeregten Zustand, wenn sich ein System auf einem höheren Energieniveau befindet als sein Grundlinien-Energieniveau oder Grundzustand. Das „System“ kann ein Atom, Molekül, Ion oder ein anderes Teilchen sein. Wenn das System Energie absorbiert, geht es in einen angeregten Zustand über, und wenn es Energie emittiert, kehrt es in einen Grundzustand zurück. Elektronen in einem Atom zum Beispiel existieren in ihrem Grundzustand, bis sie Energie absorbieren, die sie dazu bringt, in ein Orbital höherer Energie zu springen. Wenn dies geschieht, würde man sagen, dass sich das Elektron in einem angeregten Zustand befindet.
Elektronen werden als negativ geladene Teilchen durch elektromagnetische Kraft an die positiv geladenen Protonen im Atomkern gehalten. Sie umgeben den Kern in einer Reihe von Atomorbitalen, die jeweils einem diskreten Energieniveau entsprechen. Jede Bahn um den Atomkern, die als Elektronenhülle konzipiert ist, kann nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen. Die niedrigsten Energieniveaus werden in der Regel zuerst gefüllt. Wenn eine gegebene Hülle gefüllt ist, beginnt ein höherer Energiezustand zu bevölkern.
Es ist möglich, dass ein Elektron auf ein höheres Energieniveau springt, bevor dieses besetzt ist, aber dies erfordert Energie von außerhalb des Systems. Diese Energie kann in Form eines Photons vorliegen, der Grundeinheit von Licht und anderer elektromagnetischer Strahlung. Wenn ein Photon auf das Atom trifft, treibt die Energie das Elektron in ein höheres Energieniveau.
Ein Elektron benötigt mehr Energie, um vom ersten Energieniveau zum zweiten zu springen als vom zweiten zum dritten. Dies liegt daran, dass die Anziehungskraft des elektrischen Feldes des Kerns in der Nähe des Kerns am stärksten ist und mit der Entfernung abnimmt. Elektronen am äußersten Rand des elektrischen Feldes, weit vom Kern entfernt, können so weit angeregt werden, dass sie sich vollständig vom Atom lösen. In diesem Fall verliert das Atom diese negative Ladung und wird ionisiert – mit anderen Worten, es ist nicht mehr neutral geladen, sondern wird zu einem positiv geladenen Ion.
Der angeregte Zustand ist oft kurz. Nach dem Sprung auf ein höheres Energieniveau emittiert ein Elektron normalerweise ein Photon oder Phonon – eine Licht- oder Wärmeeinheit – um in seinen Grundzustand zurückzukehren. Dies kann natürlich durch spontane Emission oder künstlich durch stimulierte Emission geschehen. In seltenen Fällen bleibt der angeregte Zustand in einem Atom länger erhalten und verändert seine chemischen Eigenschaften.
Viele lichterzeugende Vorrichtungen sind so konstruiert, dass sie Elektronen anregen, um durch spontane oder stimulierte Emission Photonen zu erzeugen. Laser funktionieren beispielsweise durch die stimulierte Emission. Leuchtstoffröhren und Kathodenstrahlröhren verwenden spontane Emission, um Licht zu erzeugen.