On soumet le matériau à une radiation ionisante ; cette radiation doit transmettre, au moins, l'énergie du gap pour exciter un électron présent dans la bande de valence (BV) et permettre son passage dans la bande de conduction. L'électron laisse une lacune dans la BV, appelée trou. Il y a création d'une paire électron-trou représentée sur la Figure 1 ci-dessous.

L'électron excité (ou le trou) se relaxe dans des niveaux discrets d'énergie piège, appelés pièges, contenus dans le gap (bande d'énergie interdite).

Le matériau est chauffé pour « dépiéger » les électrons (resp. les trous). Les électrons sont à nouveau excités et atteignent la BC (resp. la BV). Certains se relaxent dans des pièges (« repiégeage »), d'autres se recombinent sur des défauts où sont piégés des trous (resp. électrons).C'est la recombinaison indirecte (voir Figure 2). Si les recombinaisons sont radiatives, elles s'accompagnent de l'émission d'un photon qu'il est possible de détecter. C'est la lumière stimulée thermiquement ou TL (voir Figure 3).