被掺杂的材料作为基质材料，掺杂元素离子被称为激活剂，其能级一般为阶梯能级。
在发光时，离子要连续吸收两个以上的光子，从而由基态向激发态过渡，然后再由辐射跃迁回到基态或低能量激发态，实现上转换发光。
图：上转换发光过程，连续吸收两个光子跃迁到高能级
为了使得发光过程中可以实现对光子的连续吸收和能量转换，激活剂离子至少要有三个邻近的能级且能量差异非常小。
此外，当更多的离子处在中间激发态时，一个离子从激发态回到基态或更低的激发态时放出能量，另一个离子就会吸收这些能量则向更高的能量水平跃迁，这就是发生了交叉弛豫上转换[2]。
图：交叉弛豫上转换过程
还可以通过在上转换材料中掺杂额外的敏化剂离子，辅助激活剂离子的能量向更高能级处跃迁。其中基质材料中的声子也可能会参与到能量上转换吸收过程[2]。
图：声子辅助敏化剂发生能量连续吸收上转换发光
所以我们可以用光照射荧光材料产生各种各样的荧光。
