Mais d'abord, qu'est-ce qu'une ampoule ? C'est un fin filament de métal (conducteur, donc) relié à ses bornes à une source de courant et protégé par une coque de verre. Dès que le circuit est fermé, il y a passage d'électrons libres dans le filament qui chauffe et émet de la lumière.

Ces électrons libres vont aller percuter à toute berzingue les atomes qui composent le filament, ils leur transmettent de l'énergie. Un atome est constitué d'un nuage électronique à la périférie du noyau. Les électrons périfériques sont répartis en couches dites niveaux électroniques ou encore niveaux énergétiques autour du noyau. Les niveaux les plus éloignés sont dits niveaux de valence et ce sont eux qui sont affectés par le surplus d'énergie. En effet, avant que l'atome soit percuté de plein fouet, les électrons de valence sont dans un état stable dit état fondamental. Lorsqu'on leur apporte un surplus énergétique par un choc avec un électron libre constitutif du courant électrique (ou par irradiation), ces électrons de valence sautent sur un niveau de plus haute énergie (ils s'éloignent encore plus du noyau), c'est-à-dire qu'ils passent de l'état fondamental à un état excité. Mais ce dernier état est fortement instable et les électrons excités tendent à retourner dans leur état fondamental en larguant leur trop plein d'énergie sous la forme d'un quantum d'énergie : le photon (dont la longueur d'onde sera proportionnelle à l'énergie fournie).

Le filament émet donc de la lumière, et tant que le courant passe, il y aura toujours des électrons libres pour venir titiller les électrons de valence des atomes du filament et donc pour produire l'émission de lumière.