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Il s'agit d'atomes fortement excités possédant un ou quelques électrons sur des orbites caractérisées par un très grand nombre quantique principale n. Ces atomes sont donc assez bien décrits par le modèle de l'atome de Bohr de l'hydrogènehydrogène, sauf que leur taille est n2 plus grande que celle de cet atome.
Lorsqu'on calcule la distribution de probabilité d'un électron présent sur ces orbites on trouve qu'il possède presque une trajectoire observable dans un tore entourant le noyau. Le temps de désexcitation d'un tel atome est assez long mais, dans les conditions de densité habituelles, des chocs se produiront entre atomes diminuant fortement le temps de vie d'un tel état.
Il n'en est pas de même dans les nuages interstellairesnuages interstellaires où la population des atomes de Rydberg peut être importante et donner lieux à une émissionémission d'intensité conséquente. On connaît ainsi des transitions à 2,4 GHz entre les niveaux n=109 et n=108 des atomes d'hydrogène dans l'espace.
Actuellement, on utilise beaucoup des atomes de Rydberg constitués par des atomes de rubidiumrubidium dans des expériences sur la décohérence quantique à l'aide de cavités optiques. Ce type d'atome est assez difficile à obtenir et il nécessite l'emploi de sources laserlaser. Ils sont en outre très fragiles et on doit opérer sous basses pressionspressions pour éviter les chocs entre atomes.
