Атом водорода испускает свет разных цветов в зависимости от энергии перехода, потому что энергия фотона, испускаемого возбуждённым электроном при переходе на более низкий энергетический уровень, равна разности энергий, соответствующих этим уровням. 1

Так как энергия каждого состояния всегда одинакова, разница между ними тоже всегда одинакова, и переход всегда будет излучать фотон с постоянной энергией, то есть с постоянной длиной волны. 2

Например, переход с четвёртого энергетического уровня на второй соответствует линиям в видимой части спектра (серия Бальмера), переход на первый (основной) энергетический уровень — линиям спектра водорода в ультрафиолетовой области (серия Лаймана), а переход на пятый — линиям спектра в инфракрасной области (серия Пашена). 5