Foton niosący określoną energię może oddziaływać z cząstkami materii oddziałującymi elektromagnetycznie ze sobą, np. elektron oddziałujący z jądrem atomu ośrodka. Swobodna nieoddziałująca elektromagnetycznie cząstka, np. Elektron swobodny, nie może pochłonąć fotonu na skutek zasad zachowania pędu i energii, ale może pochłonąć część energii w rozpraszaniu niesprężystym Comptona. Jeżeli energia fotonu równa jest różnicy energii pomiędzy dowolnym stanem wzbudzonym elektronu a stanem, w którym jest elektron, zazwyczaj jest to stan podstawowy, wówczas foton zostanie pochłonięty. Gdy energia fotonu jest inna, wówczas albo przechodzi on przez substancję bez przeszkód, albo jest rozpraszany. Energia między stanami układu zależy od jego wewnętrznych i zewnętrznych oddziaływań oraz ruchu (efekt Dopplera). Na skutek absorpcji fotonu, atom przechodzi w stan wzbudzenia o energii większej niż przed absorpcją. Wzbudzone atomy powracają do stanu podstawowego oddając energię innym atomom lub przez emisję fotonu. Układ poziomów energetycznych elektronów w atomach, czas życia stanów wzbudzonych i proces absorpcji wynika z praw mechaniki kwantowej.