高速電子が試料に入射すると電子は半導体内の結晶ポテンシャルによって弾性散乱されると同時に試料中の電子を励起することによって非弾性散乱を受けます。
電子の軌道変化は主に弾性散乱によって引き起こされエネルギーの損失は非弾性散乱によって起こります。
この非弾性散乱によって二次電子や種々の電磁波が励起されますが、エネルギーの一部は価電子帯やアクセプター準位にある電子をドナー準位や伝導帯に励起するのに使われ、電子正孔対が生成されます。

一般に電子正孔対をつくるためのエネルギーはバンドギャップの約3倍です。Si,GaAs,ダイヤモンドの室温におけるバンドギャップの大きさはそれぞれ1.1eV,1.4eV,5.5eVでありますから、20KVの加速電圧1個はそれぞれの物質中で6000、5000、1200個の電子正孔対を生成します。
生成した電子や正孔は結晶中を拡散して行き、局所準位に捕獲されるとそこで再結合します。

発光にはチェレンコフ放射も含まれますが、ここでは伝導帯の電子や荷電子帯の正孔および結晶欠陥の関与した発光再結合のみを取り扱います。
この発光には発光固有のIntrinsicな遷移によるものと不純物や欠陥の関与したExtrinsicな遷移によるものがあります。前者にはバンド間発光や自由励起子発光があります。後者には欠陥のつくる局在準位に捕らえられた励起子による束縛励起子発光、ドナー準位にとらわれた電子と荷電子帯の正孔による発光、アクセプター準位の正孔と伝導帯の電子、さらにドナー準位の電子とアクセプター準位の正孔との間のD−Aペアー発光などがあります。発光中心となる不純物や欠陥の種類、電子状態の違いが発光スペクトルの形状やピークのシフト、強度変化などにあらわれます。