Podle kvantové teorie se atom může nacházet jen v určitých stacionárních (s časem neměnících) kvantových stavech, ve kterých má zcela určité hodnoty energie E1, E2, E3 atd. 

Při přechodu atomu ze stavu s energií En do stavu s nižší energií Em (En > Em) vyšle atom foton o energii h.fnm, přičemž platí h.fnm = En - Em (ZZE), kde fnm je frekvence vyslaného elektromagnetického záření a h Planckova konstanta.

Každé frekvenci fnm vyslaného záření odpovídá určitá vlnová délka λnm, přičemž platí λnm = c/fnm, kde c je rychlost světla ve vakuu. Tím lze vysvětlit čárový charakter atomových spekter.

Energie stacionárních stavů atomu vodíku (energetické hladiny En) lze vyjádřit vztahem En = E1/n2, kde n je hlavní kvantové číslo a E1 je energie atomu vodíku v základním stavu (E1 = -13,6 eV).

Přejde-li atom vodíku ze základního stavu do stavu s vyšší hodnotou energie, říkáme, že je v excitovaném stavu.