原子在正常分布狀態(tài)下，總是穩(wěn)定的處于低能級E1，如無外界作用，原子將長期保持這種穩(wěn)定狀態(tài)。一旦原子受到外界光子的作用，賦予原子一定的能量ε后，原子就能從低能級E1躍遷到高能級E2，這個過程稱為光的受激吸收。光受激后，其能量有下列關系：

  E=hν=E2-E1

  處于高能級E2的原子在外來光的誘發(fā)下，從高能級E2躍遷至低能級E1而發(fā)光。這過程叫做光的受激輻射。只有外來光的頻率等于激發(fā)態(tài)原子的某一固有頻率時，原子的受激輻射才可能產(chǎn)生，因此，受激輻射發(fā)出的光子與外來光子具有相同的頻率、傳播方向和偏振狀態(tài)。一個外來光子激發(fā)原子產(chǎn)生另一個同性質(zhì)的光子，這就是說一個光子放大為N1個光子，N個光子將誘發(fā)出N2個光子（N2>N1）......在原子受激輻射過程中，光被加強了，這個過程稱為光放大。

  在外來光的激發(fā)下，如果受激輻射大于受激吸收，原子在某高能級的數(shù)目就多于低能級的數(shù)目，相對于原子正常分布狀態(tài)來說，稱之為粒數(shù)反轉。當激光器內(nèi)工作物質(zhì)中的原子處于反轉分布，這時受激輻射占優(yōu)勢，光在這種工作物質(zhì)中傳播時，會變得越來越強。通常把這種處于粒子數(shù)反轉分布狀態(tài)的物質(zhì)稱為增益介質(zhì)。

  增益介質(zhì)通過外界提供能量的激勵，使原子從低能級躍遷到高能級上，形成粒子數(shù)反轉分布，外界能量就是激光器的激勵能源。

  當工作物質(zhì)實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉分布后，只要滿足文章前提到的式子條件的光就可以使增益介質(zhì)受激輻射。為了使受激輻射的光強度足夠大，通常還設計一個光學諧振腔。光學諧振腔由兩個平行對置的反射鏡構成，一個為全反射鏡，另一個為半反半透鏡，期間放有工作物質(zhì)。當原子發(fā)出來的光沿諧振腔軸向傳播時，光子碰到反射鏡后，就被反射折回，在兩反射鏡間往返運行，不斷碰撞工作物質(zhì)，使工作物質(zhì)受激輻射，產(chǎn)生雪崩似的放大，從而形成了強大的受激輻射光，該輻射光稱為激光，然后，激光由半反半透鏡輸出。