Wzbudzone jądro atomowe może spontanicznie obniżyć swoją energię wzbudzenia przechodząc do stanu mniej wzbudzonego, poprzez emisję kwantu promieniowania elektromagnetycznego (fotonu). Promieniowanie takie nosi nazwę gamma. Emisja fotonu gamma jest powszechnym i najbardziej znanym sposobem deekscytacji stanów jądrowych. W normalnych atomach, w których jądro atomowe otoczone jest powłokami elektronowymi, możliwy jest także inny mechanizm: przekazanie energii przejścia między dwoma stanami jądrowymi bezpośrednio jednemu z elektronów orbitalnych. W procesie takim, zwanym konwersją wewnętrzną, elektron jest wyrzucany z atomu z bardzo dobrze określoną energią równą energii przejścia jądrowego pomniejszoną o energię wiązania tego elektronu w atomie. Energię zarówno fotonów gamma, jak i elektronów konwersji wewnętrznej, mierzy się stosunkowo dokładnie za pomocą wyspecjalizowanych detektorów – jest to przedmiot spektroskopii jądrowej. Ponieważ energie wiązania elektronów w atomach są dobrze znane, łatwo można określić, z jakiej powłoki elektron został wyrzucony.

Zjawisko konwersji wewnętrznej (jak i promieniowanie gamma) jest przejawem oddziaływań elektromagnetycznych. Przekazanie energii elektronowi zachodzi wewnątrz jądra atomowego i odbywa się za pośrednictwem tzw. fotonów wirtualnych (nierzeczywistych), w odróżnieniu od fotonów rzeczywistych wysyłanych poza jądro jako promieniowanie gamma. Doświadczalnie można się o tym przekonać badając jak prawdopodobieństwo konwersji wewnętrznej zależy od powłoki atomowej. Okazuje się, że najłatwiej konwertowane są elektrony z powłoki K, ponieważ mają one największe prawdopodobieństwo znalezienia się w obszarze jądra. Co więcej, mierzone w doświadczeniu intensywności elektronów konwersji wyrzucanych z różnych powłok doskonale odpowiadają prawdopodobieństwom znalezienia elektronów z tych powłok wewnątrz jądra, przewidywanym przez mechanikę kwantową.

O tym, że w konwersji wewnętrznej nie bierze udziału rzeczywisty foton, świadczy też pewien przypadek szczególny. Każdy stan jądrowy scharakteryzowany jest przez wartość wewnętrznego momentu pędu, nazywanego spinem. W pewnych przejściach jądrowych wartość spinu zarówno w stanie początkowym jak i w stanie końcowym wynosi zero. Każdy foton także ma określoną wartość spinu, nigdy jednak nie może być ona równa zeru. Z powszechnie obowiązującej zasady zachowania momentu pędu wynika zatem, że podczas przejścia jądrowego między stanami o spinie zero, emisja fotonu gamma jest ściśle zabroniona! Zjawisko konwersji wewnętrznej może natomiast zachodzić bez przeszkód. W takich przypadkach rzeczywiście nie obserwuje się fotonów gamma, a obserwuje się emisję elektronów konwersji.

Warto dodać, że prawdopodobieństwo konwersji silnie zależy od różnicy spinów między stanami jądrowymi. Elektrony konwersji niosą przeto informację nie tylko o energii przejścia jądrowego, ale także o zmianie jego momentu pędu. Z tego powodu konwersja wewnętrzna jest bardzo ważnym narzędziem badania struktury jądrowej.