分子中的电子是依序排列在能量由低到高的分子轨道上。分子轨道除了成键轨道之外，还有一系列能量较高、通常情况下没有电子占据的反键轨道。

n电子代表未成键的电子。要激发σ电子，需要很高的激发能量，即需要能量处于真空紫外区（波长短于200nm）的激发光。因而除了特殊的需要之外，一般的荧光分析法中很少应用。分子的价电子被激发到更高的能级时，所需要的能量通常在200-600kJ•mol-1，因而分子的电子光谱通常位于光谱的紫外或可见区，所涉及的是π电子或n电子的跃迁，即常见的n→π*跃迁（n，π*）和π→π*跃迁（π，π*）。

虽然许多物质能够吸收紫外和可见光，然而只有一部分物质能发荧光或磷光。分子能否发荧光或磷光，在很大程度上决定于它们的分子结构。具有强荧光性的物质，其分子往往具有以下特征：(1)具有大的共扼双键（π键）体系；(2)具有刚性的平面构型;(3）环上的取代基是给电子取代基团；(4）其最低的电子激发单重态为（π，π*）型。

1．共扼π键体系

具有共扼双键体系的分子，含有易被激发的非定域的π电子；共辆体系越大，非定域的π电子越容易被激发，往往具有更强的发光。此外，随着共扼体系的增大，发射峰向长彼方向移动。例如，萘、蒽、丁省等分子要比苯发射更强的荧光，且荧光峰随着苯环数的增多而逐渐向长波方向移动。

2．刚性平面构型

具有刚性平面构型的分子，其振动和转动的自由度减小，从而增大了发光的效率。例如具有刚性平面构型的荧光素和曙红会发强荧光，而类似的化合物酚酞，由于非刚性平面构型而不发荧光。同一分子在构型发生变化时，其荧光光谱和荧光强度也将发生变化。

有些有机芳香化合物在与非过渡金属离子形成络合物之后，因增大了分子的刚性而使荧光增强。具有未填满的外层d轨道的过渡金属离子，在与有机芳香化合物形成络合物时，往往使荧光猝灭。

3．取代基的影响

对于给电子取代基，如一NH2，NHCH3，一N(CH3)2，一OH,一OCH3，一CN和一F等取代基团，往往使荧光增强，例如苯胺或苯酚的荧光比苯强。含这类取代基的荧光体，其激发态常由环外的羟基或氨基上的n电子激发转移到环上而产生的，它们的n电子的电子云几乎与芳环上的π轨道平行，从而共享了共扼π电子结构，扩大了共扼双键体系。

吸电子取代基如醛基、羰基、羧基、硝基等，它们虽然也含有n电子，但n电子的电子云并不与芳环上的π电子云共平面，其n→π*的跃迁为禁阻跃迁，且S1一→T1系间窜越的概率大，故而使荧光减弱。例如苯发荧光，而硝基苯则不发荧光。

Cl,Br,I等重原子取代基，通常导致荧光减弱和磷光增强，这被认为是因为重原子的取代促进了荧光体中电子自旋一轨道的偶合作用，增大了S1一→T1系间窜越的概率。

4．最低电子激发单重态的性质

比较π→π*和n→π*这两种跃迁；π→π*是自旋许可的跃迁，摩尔吸光系数大，约为104，激发态的寿命短，且S1一→T1系间窜越的概率较小；n→π*属于自旋禁阻的跃迁，摩尔吸光系数小，约为102，且S1一→T1系间窜越的概率大，激发态的寿命较长。因此π→π*，跃迁将产生比n→π*跃迁更强的荧光，而n→π*跃迁相对有利于磷光的产生。

不含N,O,S等杂原子的芳香化合物，它们的最低激发单重态S1通常是（π，π*）激发态，而含N,O,S等杂原子的芳香化合物，它们的最低激发单重态S1通常是（n，π*）激发态。