Згідно з правилом Стокса спектр люмінесценції в цілому і його максимум завжди виявляються в області більш довших хвиль порівняно зі спектром поглинутого випромінювання, здатного викликати цю люмінесценцію (рис. 375).
Це правило з точки зору квантової теорії означає, що енергія 
поглинутого фотона частково витрачається на неоптичні процеси, тобто
,
звідки 
, або 
, що і виходить із сформульованого правила.
Ступінь перетворення поглинутої енергії в енергію випромінювання характеризується „виходом люмінесценції”. С.Вавілов ввів
1) енергетичний вихід - відношення енергії, яка випромінюється люмінофором при повному висвічуванні, до енергії, яка ним поглинута:
,
2) квантовий вихід – відношення числа квантів 
, що випромінені речовиною, до числа поглинутих квантів 
:
.
С. Вавілов встановив такий закон: величина енергетичного виходу спочатку росте пропорційно до довжині хвилі збуджуючого світла, а потім швидко падає до нуля.
Пропорційне збільшення енергетичного виходу із збільшенням 
збуджуючого світла означає, що в цьому інтервалі довжин хвиль квантовий вихід люмінесценції залишається сталим (рис. 376).
Справді, допустимо, що кожний фотон збуджуючого світла створює фотон люмінесценції, тобто 
. У цьому випадку енергетичний вихід дорівнює відношенню енергії фотона люмінесценції 
до енергії збуджуючого світла 
:
,
тобто енергетичний вихід пропорційний до довжини хвилі збуджуючого світла. Однак як тільки енергія падаючого фотона виявиться недостатньою для збудження атома, люмінесценція припиняється, квантовий і енергетичний виходи дорівнюють нулю, про що свідчить швидке падіння кривих на рис. 376.
Розглянемо механізм виникнення люмінесценції у твердих кристалічних тілах. Дослід показує, що кристали з високим ступенем досконалості ґратки практично не люмінесціюють. Для надання люмінесцентних властивостей в їх структурі необхідно створити дефекти. Найбільш ефективними дефектами є домішки сторонніх атомів. Ці домішки називаються активаторами.
Складні, виготовлені штучно кристалічні речовини з дефектами внутрішньої структури, які мають високі люмінесцентні властивості, називаються кристалофосфорами.
До складу кристалофосфорів входять звичайно три компоненти: основна речовина, активатор і плавні. У ролі основної речовини використовують ZnS, CdS, CaS та ін., у ролі активаторів – важкі метали: Ag, Cu, Bi, Mn і т.д.; у ролі плавнів – легкоплавкі солі.
Розглянемо механізми виникнення люмінесценції з погляду зонної теорії твердих тіл. Між валентною зоною І і зоною провідності ІІ кристала фосфора розміщуються домішкові рівні активатора (рис. 377). При поглинанні атомом активатора фотона з енергією електрон з домішкового рівня переводиться в зону провідності, вільно переміщується по кристалу доти, доки не зустрінеться з іоном активатора і рекомбінує з ним, перейшовши знову на домішковий рівень. Рекомбінація супроводжується випроміненням кванта люмінесцентного випромінювання. Час випромінювання люмінофора визначається часом життя збудженого стану атомів активатора, який не перевищує мільярдних часток секунди. Тому свічення є короткочасним (флуоресценція) і зникає швидко після припинення опромінення.
Для виникнення тривалого свічення кристалофосфор повинен містити також центри захоплення або пастки для електронів, якими є незаповнені локальні рівні 
і 
, що лежать поблизу дна зон провідності (рис. 378). Вони можуть бути утворені атомами домішок, атомами в міжвузловинах. Під дією світла атоми активатора збуджуються, тобто електрони з домішкового рівня переходять в зону провідності і стають вільними. Однак вони захоплюються пастками, внаслідок чого втрачають свою рухливість, тобто здатність рекомбінувати з іонами активатора. Звільнення електрона з пастки вимагає
певної енергії, яку електрони можуть отримати, наприклад, від теплових коливань ґратки. Електрон, який звільнений з пастки, потрапляє в зону провідності і рухається вільно до того часу, доки не буде захоплений пасткою знову або не рекомбінує з іоном активатора. В останньому випадку виникає квант люмінесцентного випромінювання. Тривалість цього процесу визначається часом перебування електрона в пастках.
