Встановлює залежність виходу фотолюмінесценції від довжини хвилі збудливого світла. Згідно із законом Вавилова, квантовий вихід фотолюмінесценції сталий у широкій області довжин хвиль збудливого світла і різко падає при довжинах хвиль, що перевищують ту, за якої спостерігається максимум спектра люмінесценції (антистоксове збудження). Пов'язаний із квантовою природою світла, аналогічний закону Ейнштейна про квантовий вихід фотохімічних реакцій. Встановлений С. І. Вавиловим у 1924.