上述的光的自發輻射、受激吸收和受激輻射，實際上是同時存在的。在通常原子正常能級分布情況下，由於低能級上的原子數目較多，所以總是以光的受激吸收占優勢，因而光總是衰減的。要獲得光的放大，必須設法使光的受激輻射占優勢，也就是說，要使原子的能級分布一反常態，使處於高能級的原子數目大大超過低能級的原子數目，這種分布狀態叫做粒子數反轉分布。
要實現受激光發射，必須使高能級上的粒子數目大於低能級上的粒子數目，即使原子處於粒子數反轉分布。為此，人們采用外界刺激如光激勵、放電激勵、化學激勵等方法，給物質加以能量，來把處於低能級的原子激發到高能級上去。通常，人們采取多能級體係實現粒子數反轉，進行光激勵而達到光波的放大。
激光的產生——光的受激發射和放大都是在它的“搖籃”裏實現的，這“搖籃”就是激光器。
激光器基本上是由三個部分組成：第一部分是用於產生受激發射的工作物質，即能形成粒子數反轉分布的物質，稱為激活物質或激光物質，它可以是固體、液體或氣體；第二部分是能源激勵裝置，它給工作物質以刺激的作用，此作用被稱為“泵浦”，即通過一定的方式向工作物質輸入能量，激勵工作物質達到粒子數反轉狀態；第三部分是光學諧振腔，它是由兩塊光學反射鏡按一定方式組合而成的，工作物質就放置在兩塊反射鏡之間。諧振腔的作用，是使工作物質發出的受激光在兩塊反射鏡之間多次往返，從而在腔內形成持續振蕩，不斷激勵工作物質而引起光放大。
在光泵浦作用下諧振腔內形成激光的情況，當用泵浦光去照射工作物質時，處在低能級上正常分布的原子被激發到了高能級上。能級的自發輻射能力強，原子被激發到此能級後總是力圖自發躍遷到低能級上去，因此在高能級上停留的時間很短，即在能級上壽命很短，很快就躍遷到原子壽命長的能級，此能級稱為亞穩態能級。這樣，在亞穩態能級與低能級之間形成了粒子數反轉。但是，原子處於亞穩態能級上也是不穩定的，它可以自發躍遷到低能級而輻射出頻率的光子。其中，不沿諧振腔軸線方向運動的光子，很快通過諧振腔的側麵射出腔外；隻有那些沿著軸線方向運動的光子，可以在諧振腔內繼續前進。這個光子如果在半路上碰到一個處於亞穩態能級上的原子，就會使之發生受激輻射，產生出一個完全相同的新光子。這兩個光子繼續沿軸線方向運動，可能又碰到另外的亞穩態原子，激發它們產生受激輻射，從而光子數進一步增加。這樣一來，不斷產生受激輻射而形成放大的光子流，射到諧振腔一端的部分反射鏡上，再被反射回諧振腔中，又繼續沿軸線方向往反射鏡運動。在運動過程中，繼續產生上述連鎖反應，激發出許許多多的光子，遇到反射鏡又折回來朝部分反射鏡運動。光子流就這樣在諧振腔內的兩個反射鏡之間來回反射，並不斷得到加強。諧振腔的作用是，使光通過工作物質而增加的光子數大於由於各種因素而損失的光子數，使光不斷來回反射並不斷得到放大，形成光振蕩。這樣被放大了的光，可以部分地通過，於是放射出一束筆直的強光束——激光。
從激光的形成原理，可以清楚地理解前述的激光的許多特點是如何形成的。首先，激光器放射出來的激光頻率主要取決於高、低能級能量差，而這一數值是由微觀粒子本身性質確定的，因而激光單色性好。其次，激光是受激輻射形成的，其所有的光子都是由同樣光子激發出來的，頻率、傳播方向、振動相位和振動方向均完全一致，因而激光相幹性好。再者，由於諧振腔的巧妙作用，隻允許沿軸線方向的光得到放大並發射出來，因此激光束具有高度的方向性，而且發散角很小，發射出來的光能量集中，具有極高的亮度。