簡單來說有兩種情況：

• 如果電子被松散地束縛（準自由電子），則將導致康普頓散射，導致光子能量的降低（波長增加）。光子撞擊電子并提供一些能量，并以更大的波長朝著不同的方向行進。電子將獲得動能并向其他方向移動，這有點像桌球相撞的情況。
• 如果電子束縛在原子核外的軌道中，則可能發生光電效應或者光熱效應。如果光子的能量足夠大，可以從原子中把電子“踢”出去，那么就構成了光電效應。如果能量不夠大，但電子被擾動了下，那么就可能造成光熱效應；如果光子能量太小，電子根本不咬它，則光子將不受影響地通過。

原子核外的電子軌道

不同的原子其中電子的軌道是不同的。例如，氫原子只有一個電子，但具有多個電子軌道，不同的軌道代表著氫原子那個唯一的電子的不同能態（或者能級）——3個激發態和1個基態。

這三個激發態是氫原子的穩定能級。

基態是沒有能量激發時電子最有可能出現的軌道。

請記住，基態也是電子穩定的能級。下圖可以讓您更好地了解這些能級：

上圖：原子能級。

通常情況下，說光子撞擊電子是不確切的，應該說光子會被電子吸收。但子康普頓散射的情況下，光子和電子之間表現得更像是“撞擊”。

光子和電子相遇發生的事情

簡單地說，光子是與其輻射頻率成比例的能量包。實際上光子的本質就是能量激起的一種波。

當光子和電子相遇時，能量將在光子和電子之間轉移，其能量轉給了電子，使得電子變得被“激發”，電子因此具有了從基態向更高能級移動的能量。

電子在當前軌道出現的概率隨之突然變得很小，而在更高能級的某個軌道上出現的概率變得極大，這個過程有點像空間傳輸——突然從一地消失，從另一地出現，但實際上只是一種概率分布的改變——因為電子也是一種波。圍繞原子核的電子實際上是一種分布在不同能級軌道上的波，只是由于能量的干擾，使得電子在各軌道上能夠被探測到的概率分布發生了改變。

上圖：光子與電子相遇的兩個過程。先吸收（左），再發射（右）。

但是由于核電荷的存在，電子在高能級軌道分布概率的上升導致了電勢的上升，使得電子相對于核電荷的點位存儲了過多的能量。這就像是讓跳傘運動員站到了跳傘塔上，具備了更多的高度勢能。于是電子就會在沒有額外能量的干擾的情況下，準備“跳傘”。這個跳傘動作電子自己是不能控制的，一旦沒有了外部能量的持續支持，電子腳下就“虛空”了，就必須跳。

這一跳并不是落下去那么簡單，這個過程還伴隨著能量的釋放——以光的形式。也就是說，把剛才吸收的能量吐出來（既然你已經回到了地面）。如果入射光子能量足夠大，足以敲擊內層電子，則甚至可能導致產生次級的X射線輻射，這是由于填充在內層的電子被激發后，外層的電子跳入內層填充，就會以輻射形式（通常位于X射線光譜中）發出較高的能量。

這就是光子遇到電子發生的基本情況。

但是如開頭我們簡述的那樣有兩種不同的情況:

康普頓散射

由亞瑟·荷里·康普頓（Arthur Holly Compton）發現的康普頓散射是帶電粒子（通常是電子）對光子的散射，即入射光子（可能是X射線或伽馬射線光子）經過原子時能量會減少（波長增加），這個過程被稱為康普頓效應。輸入光子的部分能量會轉移到反沖電子上，而當帶電粒子將其部分能量轉換為光子時，又會繼續發生康普頓逆散射。

康普頓散射通常是高能光子通過帶電粒子可能發生的情況，因為原子的最外層的電子是自由的，更容易產生這種光的非彈性散射效應。通過的光子的波長變化被稱為康普頓位移。康普頓散射表現了光子的粒子性。

光電效應

光電效應就比較通俗了。高中物理也有介紹，簡單說就是光子的能量比較大，把原子核里面的電子給打出來變成了可以自由溜達的自由電子，大量的自由電子形成電流就成就了光電效應。

但關于光電效應中光子遇到電子的情景，還有下面一些重要的行為特征：

每個光子僅與一個電子相互作用

光子把能量傳遞給電子，然后就消失（因為光子是一包純能量，沒有別的什么東西）。因此，電子吸收了光子之后就具有了額外的能量。如果有了足夠的額外能量，就可能會離開金屬原子（非金屬基本上不可能產生光電效應，因為原子核把它的電子管得太緊））——這也意味著只有具有足夠能量的光子才會導致電子離開金屬原子。但總之，一個光子只能跟一個電子發生作用，而不會同時激發多個電子。

只有高于閾值頻率的光子才會引起光電效應

更亮的光只是意味著每秒傳遞更多的能量（光子）包，而每個包的能量是不變的。而光子能量是隨著頻率升高而升高的，因此，如果沒有足夠高頻率的光，那么光是提高亮度也是沒有辦法產生光電效應的。也就是說某些光子對于某些金屬而言并不能導致光電效應的，因此也不是所有金屬都適合作為光電效應的介質，不同的金屬產生光電效應的光子的頻率閾值也是不一樣的。

對于給定的金屬表面，存在一定的入射輻射最小頻率，在該頻率下，不發射光電子。該頻率稱為閾值頻率。

每個光子都會產生光電子嗎？

假設我們在閾值滿足光電效應的頻率閾值，那么光子何時到達還有其他事情要考慮。

實際上，光子可以輕松地在原子之間穿過甚至穿過原子內部（原子內部很空曠），也不會撞擊電子。因此，光子最終擊中電子時，有許多可能的情況：

1. 光子在金屬表面撞擊電子。電子利用它獲得的能量離開原子并逃逸——這就成了光電效應。
2. 光子在金屬表面撞擊電子。電子離開原子，但進入更深的金屬，但無法逃脫——這在金屬內形成了電流，這種電流會在金屬內部轉化為熱能，表現出光的熱效應。
3. 光子在撞擊電子之前先深入金屬，隨后導致電子離開原子，朝表面逃逸——這還是光電效應。
4. 光子在撞擊電子之前先深入金屬，電子受激離開原子并朝著表面前進，但是電子能量不足，無法越過所有其他原子到達表面，因此電子會停止在金屬內部，并且永遠不會逸出——光子能量變成了熱能，表現為光的熱效應。

上圖：太陽能電池板中，光子被吸收（左），和電子突破束縛形成自由電子（右）。

因此，實際上，到達金屬的光子中只有很小一部分會導致電子被發射出去，大部分都變成了熱能。