多光子过程是光和物质相互作用时，入射光子引出几个出射光子或者几个入射光子引出一个出射光子的过程。在发光过程中，通常都是单光子的过程。
一个光子被吸收，就有一个电子从低能级跃迁到高能级；经过一系列过程，又以一个光子的形式发射出来。由于存在无辐射过程，激发光子不能百分之百地转换成发光光子，因此单光子过程的量子效率一般小于100%。
多光子过程则不同。例如 Pr3+离子被激发到高能态1So后,并不立即返回基态3H6，而是跃迁到3P2态,发射一个400nm的光子,然后又从3P2态无辐射地弛豫到3Po态，再从3Po跃迁到3P6，发射出607nm的另一个光子。这样一个激发光子变成两个发光光子,量子效率就大于1(图1)。另外也有两个激发光子变成一个发光光子的例子，这就是“上转换”发光──用红外线激发，得到可见光。这里举两个例子：①在NaYF4:Er，Yb这类材料中。一个Yb3+离子吸收了红外线的能量,传给Er3+离子,使它被激发到中间态4I11/2,另一个Yb3+离子又将所吸收的同样大小的能量传给这个处于激发态的Er3+离子,使它激发到更高的能级。在损失一小部分能量 (4F7/2→4S7/2)给
点阵以后,这个Er3+离子跃迁回到基态(4S7/2→4I15/2),发出绿光或红光(图2)。②在YbPO4中只有一个吸收红外线的能级,但却能发出蓝绿光（497nm），虽然并没有与497nm相应的真实能级。这是由于两个受激发的Yb3+离子“合作”,把所吸收的能量叠加在一起而发出可见光（图3）。除去这类“合作发光”过程之外，还有“
组合激发”或“组合发光”,也是多光子的过程。例如中心A由激发态回到基态，中心B则由基态跃迁到激发态。B所需的能量由A的跃迁释出能量的一部分供给,剩下的“差额”仍由A以光子形式发射出来（图4）。多光子过程还有很多其他情况，这里不一一例举。