價電子被激發到高激發態能級結構由裏德伯能級公式描述的原子。俗稱巨原子或胖原子。裏德伯原子具有許多奇異的特性，諸如半徑大，結合能小及壽命長等，因此已被當做探針用來進行基礎研究和多方面的應用，並已逐步發展成一門獨立的學科分支。
處在高激發態的氫原子是最簡單的裏德伯原子，它的一個電子通過庫侖吸引力與質子相結合，產生一系列的能級
式中RH是氫原子的裡德伯常數，n是主量子數，n=1，2，3，…等整數。能量為En的裡德伯原子的大小用電子繞核運動的平均半徑〈r〉n來描述，
這裡a1是玻爾半徑（見原子結構）。裡德伯原子的壽命τn隨n3而增加。
其他的原子，甚至分子也可以產生裡德伯態，隻須用n*代替上式中的n，n*=n-μ。n*稱為有效量子數，μ 稱為量子數虧損。例如一個n=60的裡德伯原子，它的半徑〈r〉60≈190.0nm，相當於一個“病毒”的大小，比基態的原子大瞭三個數量級，故稱為“巨原子”。這時它的結合能約為0.0038eV， 要比在室溫(300K)下粒子的熱平動能kT(約0.025eV)小得多，k是玻耳茲曼常數，而它的壽命卻比低激發態壽命（10-9秒）長瞭三個數量級(10-6秒)。
原子的光譜一般在真空紫外、紫外及可見光區；而裡德伯原子的高激發態間的躍遷可產生紅外，微波及射頻波。例如n=630與640裡德伯態間的躍遷產生 26MHz的射電波。如此巨大的原子很容易受到碰撞的影響而退激發，目前，自然界隻在氣體密度極稀薄的宇宙空間才觀察到。
產生裡德伯原子的方法很多，如激發與復合過程。光吸收是最簡單的激發方式，電子碰撞激發是放電管中的最有效過程，在天體及實驗室等離子體中、原子之間、原子與離子之間在高溫下的碰撞激發以及電子與離子的復合等等也可產生裡德伯原子。用調頻激光作多光子吸收是目前產生裡德伯原子最有效的方法，具有選擇激發的優點。
裡德伯原子半徑大，結合能小，因此很容易受到外加電磁場以及與其他原子、分子的碰撞等的影響而改變其性能。例如，所有原子處於高激發態時，在外磁場作用下都成為抗磁性的；在外電場作用下，則具有很強的偶極矩，其電子電荷沿電場方向呈雪茄狀分佈長達數千埃，壽命隻有10-12秒。在高密度環境下，裡德伯原子的電子和核之間的庫侖勢，使充滿於其間的大量基態原子和分子發生極化，此極化勢
（
α為背景氣體的極化常數）使裡德伯原子能級發生紅移。也就是說，裡德伯原子與所包含的原子、分子被庫侖勢加上極化勢耦合成一個巨分子復合體。
裡德伯原子的特殊性能已被用作測量微波、射電波及檢驗電磁場的探測器；用其斯塔克效應可使金屬原子作為磁流體中產生電流的催化劑。裡德伯原子的光譜被當做探針來檢測天體及實驗室等離子體的密度與溫度。在高密度氣體中的裡德伯原子及分子還是新的激光工作物質。