Ví dụ đơn giản về kích thích nguyên tử là xem xét nguyên tử hydro, có một điện tử ở lớp ngoài cùng. Mô hình tương tự là nguyên tử các kim loại kiềm, khi xem xét điện tử ở lớp ngoài cùng trong trường tổng của hạt nhân và các điện tử ở lớp trong.

Trạng thái cơ bản của nguyên tử hydro tương ứng với electron duy nhất ở quỹ đạo khả dĩ thấp nhất, là "1s" mà hàm sóng cầu đối xứng có các số lượng tử khả dĩ thấp nhất. Bằng cách đưa thêm năng lượng vào nguyên tử, ví dụ bằng việc hấp thụ một photon có năng lượng thích hợp, hoặc một va chạm với hạt khác, các electron có thể chuyển dời lên một trong các trạng thái kích thích (có một hoặc nhiều hơn số lượng tử lớn hơn mức khả dĩ tối thiểu). Nếu photon có quá nhiều năng lượng, electron sẽ thoát khỏi nguyên tử và nguyên tử sẽ trở thành ion hóa.

Sau khi kích thích các nguyên tử có thể trở về trạng thái cơ bản hoặc trạng thái kích thích thấp hơn nếu có, bằng cách phát ra một photon có năng lượng đặc trưng. Phát xạ photon từ các nguyên tử ở trạng thái kích thích khác nhau dẫn đến một quang phổ điện từ hiện ra một loạt các vạch phát xạ đặc trưng, như trong trường hợp nguyên tử hydro, là các dãy Lyman, Balmer, Paschen và Brackett.

Một nguyên tử ở trạng thái kích thích cao được gọi là nguyên tử Rydberg. Một hệ thống các nguyên tử bị kích thích cao có thể tạo thành một trạng thái kích thích cô đặc với thời gian sống dài (long-lived), ví dụ một pha đặc gồm hoàn toàn bằng nguyên tử kích thích, gọi là vật chất Rydberg (Rydberg matter).

Kích thích hydro có thể thực hiện bằng nhiệt hoặc điện.