如上所述，激光具有許多優異的特點。那麼，激光是怎樣產生的呢？要弄清楚這個問題，我們還得從物質的發光現象談起。
人們經過長期的研究和實踐，發現各種各樣的發光現象都與光源內部原子的運動狀態有關係。因此，人們對原子的結構和運動狀態作了大量的研究。原來，原子的結構，很象我們這個太陽係。太陽係是由一個太陽和繞它運動的9顆行星組成的。原子的結構也是這樣，它是由一個原子核和一些電子組成的，這些電子沿著一定的軌道，圍繞著原子核旋轉。其中，原子核帶正電荷，電子帶負電荷。不同元素的原子，其核外電子的數目是不同的。但是，原子核所帶的正電荷和所有的核外電子所帶的負電荷總是恰好相等的，因此，整個原子呈中性。
電子在繞原子核運動時受到兩方麵的作用；一是電子繞核轉動時有離開核的趨向；二是電子受核的正電荷吸引力作用而有靠近核的趨向。當兩者作用達到相對平衡時，電子與原子核之間保持一定距離，即電子沿一定的軌道而運動。電子繞核運動就有一定的動能，電子被核吸引就有一定的位能。動能和位能之和就是原子的內能。電子運動的軌道離原子核越遠，電子所具有的能量就越大，即原子的內能也越大。在沒有外界作用的情況下，一般來說，原子中的電子都盡可能沿著離原子核較近的軌道運動。
電子和原子，這樣的微觀粒子和常見的宏觀物體運動不同，其能量變化是不連續的。原子的內能是一檔一檔分開的，與此相應，原子中的電子隻能在一個一個間隔開來的特定軌道上運動。我們把分成一檔一檔的原子內能值稱為原子的能級。每一條橫線代表一個能級，叫做基能級，代表的原子能量狀態為基態，相當於電子在最小的軌道上運動。往上去的其它能級，叫做激發能級，代表的原子能量狀態為激發態，相當於電子在各個較大的軌道上運動。如上所述，處於較低能級的原子受到外界“刺激”（光的照射、電子或原子的撞擊等）而獲得能量時，可以跳到較高能級去；反之，處於較高能級的原子也可以釋放出一部分能量，而從較高能級跳到較低的能級。這兩種過程，用專門的術語來說，就叫做“躍遷”。
在研究原子和光之間的相互作用時，人們發現有三種不同的躍遷過程：
1.自發輻射。處於較高能級的原子，很不穩定，總是力圖向低能級躍遷，這正象樹上的蘋果有向下掉的趨勢一樣，一旦成熟，就會落到地上來。原子中能級數目很多，我們任選兩個能級作為例子，說明原子的躍遷問題。在沒有任何外界作用的情況下，處在能量較高軌道上的電子也可能自發地跑到能量較低的軌道上，也就是說，原子自發地產生從較高能級到低能級的躍遷，這叫做自發躍遷。在自發躍遷時，就會將多餘的能量釋放出來。釋放能量的形式有二：一種是變為熱能，叫做無輻射躍遷；一種是以光的形式輻射出來，叫做自發輻射。物質的自發輻射發光，就是我們平常所看到的普通光。自發輻射光的頻率取決於兩個能級的能量差，自發輻射發光的特點是處於高能級的各個原子都獨立地、自發地躍遷，彼此無關。不同的原子可能是在不同的能級之間發生躍遷，可能有各種各樣的頻率。即使有些原子是在相同的能級間實現躍遷，因而發光頻率相同，但是它們發出的光在振動方向和振動相位上也是雜亂無章的。一切自然光，如陽光、燈光、火光，都屬於自發輻射發光。
2.受激吸收。一個處於低能級的原子，當有一個頻率為的外來光子逼近它時，這個原子便有可能吸收光子的能量，而躍遷到高能級去，也就是說，原子中個別的電子吸收外界能量而跑到離核較遠的軌道上去，從而使自己的能量有所增加。這個過程就叫做光的受激吸收。
3.受激輻射。一個處於高能級的原子，當有一個頻率的外來光子福近它時，這個原子受到光子的刺激，便有可能從高能態躍遷到低能態，同時輻射出能量頻率的光子來，就是說，原子中處於能量較高軌道上的電子，在外界入射光的刺激下被迫地躍遷到能量低的軌道上，因而發出光來。這個過程就叫做光的受激輻射。由於受激輻射的光子是受外來光子的刺激而產生的，因此它與外來光子一模一樣，不僅頻率相同，而且傳播方向、振動方向和振動相位都完全是一致的。這樣，在一個外來光子的刺激下，將有兩個完全相同的光子輻射出來。如果說外來光子為入射光的代表，那麼，輸出光波就增加了1倍，即光波的振幅被放大了。