Различное свечение газов при тлеющем разряде объясняет теория Бора, которая была создана в 1913 г. Еще до появления этой теории было установлено, что видимое излучение создают молекулы и атомы.

Н. Бор предположил, что электрон в атоме может двигаться вокруг ядра не по любой орбите, а только по дозволенным орбитам, каждой из которых соответствует определенная энергия атома. Когда электрон движется по одной из дозволенных орбит, энергия атома остается неизменной. Наименьшая возможная энергия имеется у атома в том случае, когда электрон движется по ближайшей к ядру разрешенной орбите. Это состояние атома называют нормальным или основным. Оно может сохраняться сколь угодно долгое время.

Когда электрон находится на любой другой дозволенной орбите атома, состояние атома называют возбужденным. При этом энергия атома тем больше, чем на более далекой от ядра орбите находится электрон. В возбужденном состоянии атом долго находиться не может, и через короткое время (около 10^-8 с) электрон перескакивает на более близкую к ядру орбиту. Возможные переходы электрона с одной стационарной орбиты на другую в атоме водорода схематически показаны на рис. 20.7.

Для того чтобы атом перешел из нормального состояния в возбужденное, ему нужно передать вполне определенную порцию энергии, которую называют квантом. При этом чем больший квант энергии поглощает атом, тем дальше от ядра оказывается новая орбита электрона.

Таким образом, атом переходит из основного состояния в возбужденное только под влиянием внешних воздействий, способных передать ему нужную порцию энергии. Таким воздействием может быть столкновение атома с электроном, ионом или с другим атомом. При поглощении энергии излучения атом тоже переходит в возбужденное состояние. Когда затем атом переходит из возбужденного состояния в основное, он сам создает электромагнитное излучение определенной длины волны, уносящее выделенную атомом энергию. Чем больше энергии выделяет атом, тем короче электромагнитная волна.

Так как электромагнитное излучение в определенном интервале длин волн является видимым светом, цвет которого определяется длиной волны, то при переходе атомов в основное состояние может возникать световое излучение разных цветов. Поскольку изменение энергии при переходе в основное состояние атомов определенного вида, например, атомов водорода, одинаково, то набор цветов излучения для этих атомов один и тот же. Оказывается, набор цветов излучения у атомов определенного химического элемента всегда отличен от набора цветов излучения атомов другого элемента.

При тлеющем разряде столкновения атомов с электронами и ионами возбуждают атомы газа, и он начинает светиться определенным цветом, зависящим от природы газа.