Fluoreszenz nennt man die Erscheinung, dass ein Körper, ein Gas oder ein Atom Licht-Strahlung abgibt, wenn ihm vorher die entsprechende Energie zugeführt worden ist. Strahlt man z.B. in heißen Na-Dampf gelbes Licht einer Na-Dampf-Lampe ein, so sieht man den Dampf nach allen Seiten hell mit gleicher gelber Farbe leuchten; nur in Durchlassrichtung scheint das durchgehende Licht etwas geschwächt im Vergleich zur Situation ohne Dampf. Die Atome des Dampfes werden durch das Licht der Na-Dampf-Lampe angeregt, absorbieren aus ihm also Photonen, die dem durchgehenden Licht fehlen, und strahlen diese wieder ab, mal in diese Richtung, mal in jene. Wenn die Energie der anregenden Photonen mit der Energie der ausgesandten Photonen übereinstimmt, wie im Beispiel, spricht man von Resonanz-Fluoreszenz.

Auch einzelne Atome, die z.B. in einer "Falle" gefangen sind, können bei Einstrahlung von Licht geeigneter Frequenz zur Abgabe von Fluoreszenz-Strahlung veranlasst werden. Dann sieht man eventuell sogar einzelne Atome leuchten.

Leuchtstoffröhren enthalten Quecksilbergas. Es wird elektrisch zum Leuchten angeregt, wobei neben diskreten Linien im sichtbaren Bereich vor allem UV-Licht erzeugt wird. Durch eine Lumineszenzschicht auf der Innenwand der Leuchtstoffröhre wird UV-Licht in sichtbares Licht mit weißem Spektrum umgewandelt. Lumineszenz ist mit der Fluoreszenz verwandt.

Wenn Strahlung (elektromagnetische Welle) von Atomen ganz absorbiert, reflektiert oder absorbiert und dann mittels Fluoreszenz nach allen Seiten wieder abgegeben wird, wird an das Atom außer Energie auch Impuls übertragen. So entsteht der Strahlungsdruck. Dadurch wird eine so genannte Streukraft (scattering force) auf das Atom ausgeübt. Die Streukraft ist einer der Mechanismen, durch die schnelle Atome quasi bis zum Stillstand abgebremst werden können (Laserkühlung).

Fluoreszenz ist eine der Grundlagen des Fluoreszenzmikroskops, dessen Erfinder Stefan Hell zusammen mit Betzig und Moerner 2014 mit dem Nobelpreis für Chemie gewürdigt wurden.