π-有機分子の電子エネルギーレベル。 S0は基底状態です。 S1、S2、S3は励起一重項状態です。 T1、T2、T3は励起三重項状態である。 S00、S01、S10、S11等。 振動サブレベルです有機分子におけるシンチレーションはπ軌道の積である。 有機材料は、分子がファンデルワールス力によって緩く結合している分子結晶を形成する。 12Cの基底状態は1s2 2s2 2p2です。 原子価結合理論では、炭素が化合物を形成すると、2s電子の一つが2p状態に励起され、1s2 2s1 2p3の配置が生じる。 炭素の異なる原子価を記述するために、四つの原子価電子軌道、一つの2sと三つの2pは、いくつかの代替配置で混合またはハイブリダイズされていると考えられている。 例えば、四面体配置では、s軌道とp3軌道が結合して四つのハイブリッド軌道を生成する。 三角配位として知られる別の配位では、p軌道（例えばpz）の一つは変化しないままであり、s軌道、px軌道、py軌道を混合することによって三つのハイブリッド軌道が生成される。 分子（sp2）の結合軸と平面を中心に対称な軌道はπ電子として知られており、結合はπ結合と呼ばれています。 Pz軌道はπ軌道と呼ばれます。 Π結合は、2つのπ軌道が相互作用するときに生じる。 これは、それらの節面が同一平面上にあるときに発生します。ある種の有機分子では、π軌道は相互作用して共通の節面を生成する。 これらは放射によって励起することができる非局在化π電子を形成する。 非局在化したπ電子の脱励起はルミネセンスをもたらす。

π電子系の励起状態は、周囲自由電子モデル（Platt1949）によって説明することができる。 このモデルは，ｃ原子が二つ以上の環に属しず，すべてのｃ原子が周囲にあるベンゼノイド環の縮合系からなる多環式炭化水素を記述するために使用される。

環は円周lの円として近似することができる。 電子軌道の波動関数は、平面回転子の条件を満たさなければならない。

ρ(x)=ρ(x+l){\displaystyle\psi(x)=\psi(x+l)\,}

シュレーディンガー波動方程式の対応する解は次のようになる。:

ψ0=(1l)1 2ψ q1=(2l)1 2cos⁡(2π q x l)ψ q2=(2l)1 2sin⁡(2π q x l)q=q2ℏ2 2m0l2{\displaystyle{\begin{揃え}\psi_{0}&=\left({\frac{1}{l}}\right)^{\frac{1}{2}}\\\psi_{1}&=\left({\frac{2}{l}}\right)^{\frac{1}{2}}\cos{\left({\frac{2\pi\齢にてqxを}{l}}\right)}\\\psi_{2q}&=\left({\frac{2}{l}}\right)^{\frac{1}{2}}\sin{\left({\frac{2\pi\齢にてqxを}{l}}\right)}\\E_{q}&={\frac{q^{2}\hbar^{2}}{2m_{0}l^{2}}}\end{揃え}}}

ここでqは軌道リング量子数のノード数の波動関数. 電子はスピンアップしてスピンダウンすることができ、円を中心に両方向に回転することができるので、最低のエネルギー準位を除くすべてのエネルギー準位は二重に縮退している。上記は、有機分子のπ電子エネルギー準位を示しています。

上記は、有機分子のπ電子エネルギー準位を示しています。 放射線の吸収に続いて分子振動がS1状態になる。 これに続いて、蛍光と呼ばれるS0状態への脱励起が続く。 三重項状態の人口は、他の手段によっても可能である。 三重項状態は一重項状態よりもはるかに長い減衰時間で崩壊し、その結果、崩壊過程の遅い成分（蛍光プロセスは速い成分と呼ばれる）と呼ばれる。 特定の粒子の特定のエネルギー損失（dE/dx）に応じて、”速い”状態と”遅い”状態は異なる割合で占有されます。 したがって、これらの状態の光出力における相対強度は、異なるｄｅ／ｄｘに対して異なる。 シンチレータのこの特性は、パルス形状識別を可能にする：パルス形状を見ることによってどの粒子が検出されたかを識別することが可能である。 もちろん、形状の違いは、励起状態の崩壊によるものであるため、パルスの後側で見ることができます。