Förster resonansenergioverføring av lysenergi må oppfylle tre betingelser: 1) Det må være overlappende fluorescensbånd fra fluorescensspekteret til donormolekylet og mellom absorbsjonsbånd i absorbsjonsspekteret til akseptormolekylet (Förster overlappende integral). 2) Donor- og akseptor-molekylene må ligge så nær hverandre, avstand 5 til 10 nanometer (nm), slik at det kan skje en dipol-dipol interaksjon, resonans og strålingsløs energioverføring mellom donor og akseptor. Det er altså ingen fluorescens fra dononormolekylet, kun interne energibevegelser i molekylet. Energioverføringen er proporsjonal med 1/r3, hvor r er avstanden mellom sentrum av dipolene. 3) Energioverføringen er bare mulig i en retning, fra eksitasjonstilstand tilsvarende korte bølgelengder, til energitilstand tilsvarende lengre bølgelengder. FRET viser hvordan lysenergi i fotosyntesen kan bli overført mellom pigmentmolekyler og transport fram til reaksjonssenterklorofyll i reaksjonssenteret.
I planter blir eksitasjonsenergi fanget opp av antennepigmentet klorofyll b som virker som en energidonor, og gir lysenergien via resonans over til klorofyll a som er et akseptormolekyl. FRET forklarer også intern overføring av lysenergi mellom klorofyll a-molekyler. I den kjemiske strukturen til klorofyll er det tolv alternerende konjugerte karbon-karbon dobbeltbindinger –C-C=C-C=C- i tetrapyroll-ringen som danner den flate porfyrinkjernen i klorofyllmolekylet, festet til klorofyllbindende proteiner rumdt reaksjonssenteret, med den hydrofobe fytolhalen i klorofyll innleiret i tylakoidmembranen. De tolv karbon-karbon dobbeltbindinger inneholder hver to π-elektroner i hvert sitt π-orbital med motsatt spin (↑↓)∙12, altså i alt 24 π-elektroner som ikke har noen fast plass, men kan flyte rundt i porfyrinkjernen. Når et av disse π-elektronene blir truffet av et lyskvant blir all energien i lyskvantet overført til det eksiterte π-elektronet, π* . All energien til lyspartikkelen blir absorbert og vi sier at klorofyllmolekylet eksitert. Det skjer en endring fra den normale stabile grunntilstanden til et π-elektron til en energirik eksitert elektrisk utstabil tilstand, med to tillatte hovednivåer, en mindre energirik første singlett (tilsvarende rødt lys) og en mer energirik andre singlett (tilsvarende blått lys). Levetiden for den eksiterte tilstanden er ca. 10-9 sekund. Vi kaller det singlett-nivåer siden det ikke skjer noen spinreversering ved eksitasjon, π-elektronet beholder sitt opprinnelige spin (↑↓*). Karbonatomene i molekylet vibrerer og svinger sakte fram og tilbake, som en fjær som utvider seg og trekker seg sammen. Disse vibrasjonenene i atomkjernene med periode 10-13 – 10-12 sekund er sakte sammenlignet med bevegelsen til elektronene. Klorofyllmolekyler kan bare bli eksistert til faste bestemte energinivåer, men internt i hver av disse hovednivårene er det flere mindre virbrasjons- og rotasjonsenerginivåer, disse er også diskrete og kvantifiserte. Klorofyllmolekylet kan bare motta lysenergi i kvanter som har tilsvarende tillatte energinivåer.Til sammen danner alle de diskrete energinivåene brede kontinuerlige absorbsjonsbånd ved romtemperatur. Det betyr at ved meget lave temperaturer blir absorbsjonsbåndene smale siden det er færre mulige vibrasjons- og rotasjonsnivåer i klorofyllmolekylet. Det er kontinuerlige vibrasjoner, rotasjoner og elektroneksitasjoner i molekylene. Det skjer en strålingsløs migrasjon eller forflytning av eksitasjonsenergi mellom pigmentmolekylene. Når klorofyll er eksitert kan det miste noe energi og falle ned til et lavere vibrasjonsnivå ved indre omvandling. Dette forklarer Stokes skift for pigmentløsninger, rødskiftet i fluorescens, hvor fluorescensspekteret for klorofyll har en bølgelengde topp med ca. 25 nanometer lenger bølgelengde i rødt lys sammenlignet med eksitasjonsspekteret i det samme bølgelengdeområdet.
Förster energiresonansoverføring forklarer hvordan grønt lys absorbert av fykoerytrin i rødalger via resonans blir overført til fykocyanin (absorberer oransj lys), videre til allofykocyanin (absorberer rødt lys) og videre til klorofyll a.
Forklarer lysenergi absorbert av fucoxantin i brunalger og diatomeer blir overført til klorofyll a. Forklarer hvordan bakterieklorofyll som absorberer elektromagntisk stråling med bølgelengde 800 til 850 nm kan bli overført via resonans til bakterieklorofyll som absorberr ved 890 nm.
I planter vil det absorberte lyskvantet tilhører først et klorofyll b som avhengig av bølgelengden til lyskvantet vil bli eksiterte til andre eller første singlett. Ser man på absorbsjonsspekteret til klorofyll b og sammenligner med klorofyll a ser man at det er umulig å overføre energi mellom klorofyll b og klorofyll a i energiområdet og bølgelengdeområdet som tilsvarer blått lys, det er nødt til å skje i det energiområdet som tilsvarer rødt lys. Vibrasjoner i det eksiterte klorofyll b dissiperer energi via indre energiomvandling og det eksiterte π-elektronet faller til laveste første singlett, til et stadium hvor det blir resonans med et vibrerende klorofyll a og eksitasjonsenergien forflyttes over til et klorofyll a. Man tenker seg at eksitasjonsenergigen beveger seg stokalstisk ved virrevandring (random walk) mellom klorofyllmolekylene fram til reaksjonssenteret.
Den tyske fysikeren James Franck (1882-1964) delte nobelprisen i fysikk i 1925 med Gustav Hertz, «for oppdagelsen av lover for hvordan elektroner påvirker et atom» og fant eksperimentelle bevis for kvanteteorien. Sammen med Hertz gjorde Franck eksperimenter for å studere fluorescens ved å sende energirike elektroner gjennom et vakuumrør med litt kvikksølvdamp. Franck-Condon-prinsippet (den amerikanske atomfysikeren Edward Uhler Condon (1902-1974)) forklarer hvordan det skjer samtidige endringer i vibrasjonsenergi (oscillasjonsenergi) og elektronisk energi i et molekyl hvor et elektron mottar energien i et lyskvant og blir eksitert (elektronet blir flyttet fra et lavere til et høyer energinivå), eller deretter sender ut eksitasjonsenergien som et lyskvant, når den potensielle energien til det eksiterte elektronet blir frigitt (elektronet i molekylet faller tilbake til grunnstilstanden).
Energioverføringer i et elektron fra en energitilstand til en annen skjer umiddelbart sammenlignet med de mer sakte vibrasjonene i atomkjernene som svinger fram og tilbake og ligner på en pendelanalogi. Sannsynligheten for en slik elektrontransisjon (overføring fra et elektrons energinivå til et annet) er størst når atomkjernen er i bunnen av pendelsvingningen (bunnen av bevegelsesbrønnen). Det skjer endring i vibrasjoner når et elektron i molekylet blir eksitert
FRET konfokalmikroskopi
FRET er også noe misvisende blitt kalt fluorescens resonansenergioverføring, for et viktig poeng er at energioverføringen ikke involverer fluorescens som sådan. Imidlertid er det slik at fluorescensspekteret for donormolekylet er overlappende med eksitasjonsspekteret for mottakermolekylet. Ved vanlig fluorescensmikroskopi er det det en fluorofor som blir eksitert med f.eks. blått lys eller UV-A ca. 380 nm som passerer et interferensfilter. Eksitasjonsenergien i fluoroforen blir umiddelbart sendt ut (emittert) som fluorescens, ofte med mye lenger bølgelengde enn eksitasjonslyset, for eksempel gul, grønn, oransje eller rød, som passerer et interferensfilter tilpasset bølgelengden av lyset man skal se på. Det er altså stor forskjell i bølglengdetopp mellom ekistasjonsspekteret og emmisjonsspekteret (fluorescensspekteret). Fluorscensmikroskopi har ikke så god oppløsning som Förster resonansenergioverføring, hvor det er strålingsløs overføring av eksitasjonsenergi, en dipol-dipol interaksjon med avstand 2 – 5 nm mellom fluoroforene. Det betyr at hvis man har to fluoroforer blått fluorescerende protein og grønt fluorescerende protein festet til et antistoff blir det med FRET-mikroskopi å lage et tredimensjonalt bilde av cellebestanddeler med meget høy romlig oppløsning.