電磁輻射涵蓋範圍很廣，按頻率由高至低，分別為 \(\gamma\) 射線、\(\text{X}\) 射線、紫外線 (\(\text{UV}\))、可見光、紅外線 (\(\text{IR}\))、微波 (\(\text{microwave}\)) 和無線電波 (\(\text{radio waves}\))。可見光只是電磁輻射中波長介於 \(380-700 \text{ nm}\) 之間的部分。電磁輻射具有波的性質，亦具有粒子的性質 (這稱為波粒二象性)。它的載體是光子 (photon)，光子是具有能量的。
\[E = h\nu = \frac{hc}{\lambda } \]其中，\(h\) 是普朗克常數，為 \(6.63 \times 10^{-34} \text{ J s}\)，\(c\) 是光速，為 \(3.00 \times 10^8 \text{ m s}^{-1}\)。
化學物種均傾向處於能量較低的狀態。其中，具有最低能量的狀態，是最穩定的狀態，稱為基態；比基態具有更高能量的狀態，稱為激發態。在吸收輻射所提供的能量後，化學物種會由基態或較低的激發態，躍遷至較高的激發態。
例如，基態氫原子吸收輻射後，其電子可從最低能級 (即距離原子核最近的電子層) 躍遷至較高能級 (即距離原子核更遠的電子層)，變為激發態氫原子。分子的情況則較複雜。由於分子的運動包括平動、轉動、振動、和電子在不同能級間的躍遷，因此，分子吸收輻射後，可能會由原本較低的平動、轉動、振動或電子能級，躍遷至較高的能級。通常，分子的平動能級躍遷所需的能量最低，其次是轉動能級躍遷，然後是振動能級躍遷，電子能級躍遷所需的能量則最高。
另一方面，處於較高能級的化學物種不穩定，傾向於返回較低能級。在這一過程中，它們會以光的形式，釋放多餘的能量。
由於平動、轉動、振動和電子能級均是不連續的，並且特定能級之間的能量差是固定的，因此，某一特定化學物種在不同能級間躍遷時，需吸收或釋放特定頻率的輻射。例如，氫原子的電子從第二能級躍遷到第三能級，只能通過吸收頻率為 \(4.57 \times 10^{14} \text{ Hz} \) 的輻射來實現；而當它從第三能級躍遷到第二能級時，則會釋放相同頻率的輻射。這個特徵頻率的輻射的能量是 \(3.03 \times 10^{-19} \text{ J} \)，正是氫原子第二電子能級與第三電子能級之間的能量差。
