Gli elettroni che costituiscono la nuvola di carica negativa degli atomi, sono caratterizzati da una energia di legame con il nucleo che può assumere solamente valori discreti (quantizzati); la spiegazione di questo fenomeno rappresenta uno dei primi grandi successi della moderna fisica quantistica nata all'inizio del secolo scorso. Gli atomi di ciascuna specie chimica sono caratterizzati da un numero ben preciso di elettroni "in orbita" attorno al nucleo, e da un altrettanto ben precisa serie di livelli energetici "permessi", che costituiscono "l'impronta digitale" di ogni diverso atomo.

La natura osserva regole ben precise (ad esempio il principio di Pauli) nel distribuire gli elettroni di un atomo nei vari livelli energetici permessi, e la configurazione che viene assunta spontaneamente è quella in cui l'energia totale degli elettroni nell'atomo è la minima possibile (stato fondamentale dell'atomo). Come conseguenza dell'interazione con fonti esterne di radiazione o di particelle cariche, alcuni elettroni possono essere "promossi" a livelli energetici più alti rispetto a quelli occupati nello stato fondamentale, facendo passare l'atomo a uno stato eccitato (ovvero con un'energia totale maggiore rispetto allo stato di partenza). In tempi estremamente brevi però l'atomo ritorna allo stato fondamentale: il processo di diseccitazione è osservabile sperimentalmente poiché quando un elettrone ridiscende da un livello energeticamente più alto a uno più basso, il guadagno di energia per l'atomo viene compensato dall'emissione di una uguale quantità di energia verso l'esterno (emissione secondaria).

Tra le varie forme osservabili di emissione secondaria, una delle più probabili è la fluorescenza, ovvero l'emissione di un fotone la cui energia corrisponde alla differenza di energia tra i due livelli elettronici coinvolti nella diseccitazione. La quantizzazione dei livelli energetici assunti dagli elettroni fa si che anche l'energia dei fotoni di fluorescenza sia ben determinata e caratteristica di ogni specie atomica. Per ogni atomo sono osservabili numerose righe (emissioni ad una singola energia) di fluorescenza, corrispondenti alle diverse possibili transizioni elettroniche.

Per il gadolinio, le righe più intense vengono emesse a:
42996,2 eV; 42308,9 eV; 48697 eV; 6057,2 eV; 6025,0 eV; 6713,2 eV; 7102,8 eV; 7785,8 eV.

Una tavola completa delle emissioni per le varie specie chimiche si può trovare alla pagina http://xdb.lbl.gov/Section1/Sec_1-2.html del sito Center for X-Ray optics - Berkeley Laboratories, un vero e proprio strumento di lavoro per i ricercatori che utilizzano tecniche sperimentali basate sui raggi X.