Механизм люминесценции заключается в образовании под действием энергии от внешнего и внутреннего источника возбужденных состояний атомов, молекул, кристаллов и последующего испускания ими квантов света (фотонов).

По длительности свечения, определяемого временем жизни возбужденных состояний, различают флуоресценцию (быстро затухающую люминесценцию) и фосфоресценцию (длительную люминесценцию).

Люминесценция классифицируется в соответствии с механизмом ее возбуждения, в соответствии с которыми определяют следующие виды люминесценции:

• фотолюминесценция;
• электролюминесценция;
• хемилюминесценция;
• катодолюминесценция;
• рентгенолюминесценция;
• радиолюминесценция;
• сонолюминесценция.

Наибольшее применение в фотонике нашли источники и преобразователи светового излучения, в которых используется электролюминесценция (светодиоды, инжекционные полупроводниковые лазеры и усилители) и фотолюминесценция (люминесцентные покрытия, лазеры и усилители на основе редкоземельных элементов и т. д.).

Изучение спектров люминесценции — один из важнейших спектральных методов исследования состава и структуры вещества. Используя люминесцентные методы можно определять размер, концентрацию и пространственное распределение наночастиц, времена жизни возбужденных состояний (например, неравновесных носителей заряда в объемных и в наноразмерных полупроводниковых структурах) и т. д.