Le principe de la luminescence est basé sur une variation d'énergie d'un atome soumis à certains phénomènes physiques.

Les atomes sont constitués d'un noyau autour duquel "gravitent" des électrons répartis sur des orbites correspondant à des niveaux d'énergie différents.

Si l'atome est excité par apport extérieur d'énergie (chaleur, lumière, décharge électrique... ) il se peut qu'un ou plusieurs électrons grimpent à un niveau d'énergie supérieur. Mais cet état est instable et l'électron ne tarde pas à reprendre sa place d'origine d'énergie en restituant l'énergie correspondant à la transition sous forme de lumière.

Le musée cantonal de géologie de Vaud (Suisse) a organisé une magnifique exposition de minéraux phosphorescents. A gauche éclairage en lumière artificielle et à droite phosphorescence après extinction de l'éclairage du musée.

    D'origine mécanique : la triboluminescence :
Sous l'effet de chocs ou d'arrachements de matière certains corps produisent un rayonnement lumineux.

    Autre origines :

• La luciole témoigne de l'existence  d'une bioluminescence.
• Les bâtons de secours lumineux de la chimiluminescence (on casse la séparation entre deux produits chimiques qui en se mélangeant diffusent de la lumière).

L'excitation qui permet le changement de niveau d'énergie peut avoir plusieurs origines :

  D'origine électrique : l'électroluminescence
L'excitation est obtenue par bombardement des atomes par des électrons ou des ions extérieurs : c'est  ce qui ce passe dans les lampes à décharge ou des électrons libérés par des électrodes viennent bombarder un gaz. C'est aussi ce qui se passe en ce moment sous vos yeux dans le tube du moniteur où les électrons viennent frapper les luminophores qui émettent du bleu, du vert et du rouge.

  D'origine lumineuse : la fluorescence
Dans la fluorescence, l'excitation résulte de l'action d'un rayonnement qui, s'exerçant sur des atomes d'un corps solide ou gazeux, déplace des électrons vers un niveau énergétique supérieur. Le retour à la position normale de ces électrons génère un rayonnement lumineux dont la longueur d'onde est supérieure à celle du rayonnement excitateur.

C'est ainsi qu'un rayonnement ultraviolet, invisible, permet par fluorescence sur des poudres métalliques placées dans un tube en verre de générer un rayonnement d'une longueur d'onde correspondant à une lumière visible. C'est ce qui est utilisé dans les tubes luminescents.

Ce phénomène de fluorescence est employé dans les établissements de spectacles ou de danse qui font un usage important des "lumières noires" (en fait des ultraviolets), qui rendent très lumineux les vêtements blancs en coton par excitation de la cellulose.

Lorsque le rayonnement d'excitation cesse, le phénomène de luminescence cesse mais pour certains matériaux la retombée des électrons à leur niveau normal est beaucoup plus lente et après disparition de l'excitation il reste une production de lumière : c'est la phosphorescence.
Notons que c'est grâce à la phosphorescence que les lasers fonctionnent .... 

Dans l'image ci-dessous, seule une partie du tube à été recouverte de poudre fluorescente. Le rayonnement ultraviolet donne une faible lumière bleutée sauf là ou l'on a recouvert le tube de poudre donnant par fluorescence une lumière blanche.

La luminescence