Quang phát quang là một tiến trình trong đó một chất sẽ hấp thu các photon (bức xạ điện từ) và sau đó sẽ bức xạ photon ngƣợc trở lại. Về mặt cơ học lƣợng tử, điều này có thể đƣợc mô tả nhƣ là một kích thích lên một trạng thái năng lƣợng cao và sau đó trở về một trạng thái năng lƣợng thấp hơn kèm theo một phát xạ photon. Đây là một trong rất nhiều dạng phát quang (phát xạ ánh sáng), và đƣợc phân biệt với nhau bởi sự kích thích photon. Khoảng thời gian giữa hấp thu và phát xạ thƣờng là cực ngắn, cỡ 10 ns. Tuy nhiên, trong những trƣờng hợp đặc biệt, thời kỳ này có thể kéo dài hàng phút hay hàng giờ đồng hồ. Các trạng thái năng lƣợng hóa học và sự chuyển dời giữa các trạng thái đƣợc quyết định bởi các quy luật của cơ học lƣợng tử.
Quang phát quang có 3 dạng. Các quá trình quang phát quang đơn giản nhất là các bức xạ cộng hƣởng, trong đó, một photon có bƣớc sóng nào đó sẽ đƣợc hấp thu và một photon tƣơng đƣơng lập tức đƣợc phát ra. Tiến trình này không liên quan nhiều đến các chuyển dời năng lƣợng bên trong của các chất hoá học giữa sự hấp thu và phát xạ. Tiến trình này diễn ra cực nhanh, cỡ 10ns. Các quá trình quan trọng hơn xảy ra khi chất hóa học chịu đựng các chuyển dời năng lƣợng bên trong trƣớc khi tái phát xạ năng lƣợng theo sau hiện tƣợng hấp thu. Hiệu ứng quen thuộc của quá trình này là fluorescence, thƣờng diễn ra rất nhanh, trong đó năng lƣợng ban đầu đã bị suy hao đi một ít vì thế photon phát xạ ánh sáng có mức năng lƣợng thấp hơn so với giá trị hấp thu.
Một dạng chuyên dụng hơn của hiện tƣợng quang phát quang là phosphorescence, trong đó năng lƣợng có đƣợc do hấp thu photon sẽ gánh chịu sự “bắt chéo xuyên hệ” (intersystem crossing) để vào các trạng thái có tổ hợp spin lớn hơn, thƣờng là một trạng thái “triplet”. Ngay khi năng lƣợng bị bẫy trong trạng thái triplet, sự chuyển dời ngƣợc về các trạng thái năng lƣợng “singlet” thấp hơn là không đƣợc phép, điều này có nghĩa là nó xảy ra chậm hơn nhiều so với các chuyển dời khác. Kết quả là, chuyển dời bức xạ về trạng thái singlet diễn ra chậm, đôi khi kéo dài hàng phút đến hàng giờ đồng hồ.