W obu przypadkach liczba atomowa jądra nie ulega zmianie. Różnica polega na tym, że konwersja wewnętrzna następuje bez udziału fotonu, energia wzbudzenia jądra zostaje przekazana bezpośrednio elektronowi.
Mechanizm Z kwantowomechanicznego opisu atomu wynika, że elektrony orbitalne posiadają pewne skończone prawdopodobieństwo znalezienia się w obszarze zajmowanym przez jądro atomowe. Dzięki temu elektron może przejąć energię wzbudzenia jądra atomowego bezpośrednio, tj. bez uczestnictwa fotonu gamma unoszącego energię wzbudzenia i przekazującego ją temu elektronowi.
Z reguły większość elektronów konwersji pochodzi z powłoki K, gdyż elektrony na niej posiadają największe prawdopodobieństwo znalezienia ich w obszarze jądra. Energia kinetyczna emitowanego elektronu jest równa różnicy energii wzbudzenia jądra i energii wiązania tego elektronu w atomie.
Współczynnik konwersji wewnętrznej Prawdopodobieństwo wystąpienia zjawiska konwersji wewnętrznej na określonym poziomie elektronowym (np.