晶体的基本特征是微粒按一定的规律呈周期性排列。晶体内部原子间存在着较强的相互作用，这导致了原子能级的变化。这种变化主要表现为形成了许多相似能级组成的能带。晶体的能带有价带和导带之分。价带对应于基态下晶体未被激发的电子所具有的能量水平，或者说在正常状态下电子占据价带。导带对应于激发态下晶体的被激发电子所具有的能量水平。被激发电子迁移到导带，可以在晶体内流动而成为自由电子。
在价带和导带之间存在一个间隙带，晶体中的电子只能占据价带或导带，而不能在这个间隙带中滞留，因而该间隙带称为禁带。在实际晶体中，可能存在杂质原子或晶格缺陷，局部地破坏了晶体内部的规则排列，从而产生一些特殊的能级被称为缺陷能级。作为发光材料的晶体，往往有目的地掺杂杂质离子以构成缺陷能级，它们对晶体的发光起着关键作用。
发光是去激发的一种方式。晶体中电子的被激发和去激发互为逆过程，这两种过程可能在价带与导带之间，也可能在价带与缺陷能级、缺陷能级与导带之间进行，甚至可以在两个不同能量的缺陷能级之间进行。电子在去激发跃迁过程中，将所吸收的能量释放出来，转换成光辐射。
辐射的光能取决于电子跃迁前后所在能带 (或能级)之间的能量差值。在去激发跃迁过程中，电子也可能将一部分能量传递给其他原子，这时电子辐射的光能将小于受激时吸收的能量，即小于跃迁前后电子所在能带或能级)的能量差。晶体在外界能量的激发下，在发生电子跃迁的同时，也产生了空穴，空穴的迁移不能形成光辐射，但能为晶体辐射创造条件。由于晶体内部存在着能带以及一系列电子的迁移。跃迁过程，晶体的光辐射可能形成线状光谱，也可能形成一定波长范围的带状光谱，还可能形成连续光谱。