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分子的能阶通常随着分子的转动、分子中原子间的相互振动、以及分子中电子之组态(electronic configuration)不同而不同。转动能阶间的间距很小，通常约在10-3电子伏特之间。由这些能阶间跃迁所产生的电磁辐射，其波长约为0.1mm到1cm，是一种微波。以双原子分子为例，若一分子的转动角速度为ω，分子的惯性矩（请参见moment of inertia）为I，则分子的转动能量为E=Iω2/2。此能量亦可书为E=J(J+1)?2/(2/I)，J为转动量子数；?=h/2π；h为Planck常数。J的量子数可为0,1,2,3,…故不同的量子数表明分子不同的转动能，若依量子数将不同能阶一一划出即构成转动能阶图。