В процессе обратной фотоэмиссии (см. рис. а) электрон с энергией eU попадает на поверхность твердого тела и заполняет возбужденное состояние E₁ = eU, а затем переходит в более низкое незаполненное состояние E₂. Выделяющаяся при этом энергия уносится фотоном . Существуют два метода для регистрации спектра незаполненных состояний:

• изохромная спектроскопия (isochromate spectroscopy), в которой варьируется энергия первичных электронов, а измеряется выход фотонов с фиксированной энергией (рис. б);
• спектроскопия тормозного излучения (Bremsstrahlen spectroscopy), в которой энергия первичных электронов фиксирована, а регистрируется спектр испускаемых фотонов (рис. в).

Для определения закона дисперсии E(k) незаполненных электронных состояний в поверхностном слое твердого тела необходимо достаточно высокое угловое разрешение, которое достигается путем изменения направления пучка падающих электронов и использования перестраиваемого детектора фотонов.