原子在正常分布状态下，总是稳定的处于低能级E1，如无外界作用，原子将长期保持这种稳定状态。一旦原子受到外界光子的作用，赋予原子一定的能量ε后，原子就能从低能级E1跃迁到高能级E2，这个过程称为光的受激吸收。光受激后，其能量有下列关系：
E=hν=E2-E1
处于高能级E2的原子在外来光的诱发下，从高能级E2跃迁至低能级E1而发光。这过程叫做光的受激辐射。只有外来光的频率等于激发态原子的某一固有频率时，原子的受激辐射才可能产生，因此，受激辐射发出的光子与外来光子具有相同的频率、传播方向和偏振状态。一个外来光子激发原子产生另一个同性质的光子，这就是说一个光子放大为N1个光子，N个光子将诱发出N2个光子（N2>N1）......在原子受激辐射过程中，光被加强了，这个过程称为光放大。
在外来光的激发下，如果受激辐射大于受激吸收，原子在某高能级的数目就多于低能级的数目，相对于原子正常分布状态来说，称之为粒数反转。当激光器内工作物质中的原子处于反转分布，这时受激辐射占优势，光在这种工作物质中传播时，会变得越来越强。通常把这种处于粒子数反转分布状态的物质称为增益介质。
增益介质通过外界提供能量的激励，使原子从低能级跃迁到高能级上，形成粒子数反转分布，外界能量就是激光器的激励能源。
当工作物质实现了粒子数反转分布后，只要满足文章前提到的式子条件的光就可以使增益介质受激辐射。为了使受激辐射的光强度足够大，通常还设计一个光学谐振腔。光学谐振腔由两个平行对置的反射镜构成，一个为全反射镜，另一个为半反半透镜，期间放有工作物质。当原子发出来的光沿谐振腔轴向传播时，光子碰到反射镜后，就被反射折回，在两反射镜间往返运行，不断碰撞工作物质，使工作物质受激辐射，产生雪崩似的放大，从而形成了强大的受激辐射光，该辐射光称为激光，然后，激光由半反半透镜输出。
