如上所述，激光具有许多优异的特点。那么，激光是怎样产生的呢？要弄清楚这个问题，我们还得从物质的发光现象谈起。
人们经过长期的研究和实践，发现各种各样的发光现象都与光源内部原子的运动状态有关系。因此，人们对原子的结构和运动状态作了大量的研究。原来，原子的结构，很象我们这个太阳系。太阳系是由一个太阳和绕它运动的9颗行星组成的。原子的结构也是这样，它是由一个原子核和一些电子组成的，这些电子沿着一定的轨道，围绕着原子核旋转。其中，原子核带正电荷，电子带负电荷。不同元素的原子，其核外电子的数目是不同的。但是，原子核所带的正电荷和所有的核外电子所带的负电荷总是恰好相等的，因此，整个原子呈中性。
电子在绕原子核运动时受到两方面的作用；一是电子绕核转动时有离开核的趋向；二是电子受核的正电荷吸引力作用而有靠近核的趋向。当两者作用达到相对平衡时，电子与原子核之间保持一定距离，即电子沿一定的轨道而运动。电子绕核运动就有一定的动能，电子被核吸引就有一定的位能。动能和位能之和就是原子的内能。电子运动的轨道离原子核越远，电子所具有的能量就越大，即原子的内能也越大。在没有外界作用的情况下，一般来说，原子中的电子都尽可能沿着离原子核较近的轨道运动。
电子和原子，这样的微观粒子和常见的宏观物体运动不同，其能量变化是不连续的。原子的内能是一档一档分开的，与此相应，原子中的电子只能在一个一个间隔开来的特定轨道上运动。我们把分成一档一档的原子内能值称为原子的能级。每一条横线代表一个能级，叫做基能级，代表的原子能量状态为基态，相当于电子在最小的轨道上运动。往上去的其它能级，叫做激发能级，代表的原子能量状态为激发态，相当于电子在各个较大的轨道上运动。如上所述，处于较低能级的原子受到外界“刺激”（光的照射、电子或原子的撞击等）而获得能量时，可以跳到较高能级去；反之，处于较高能级的原子也可以释放出一部分能量，而从较高能级跳到较低的能级。这两种过程，用专门的术语来说，就叫做“跃迁”。
在研究原子和光之间的相互作用时，人们发现有三种不同的跃迁过程：
1.自发辐射。处于较高能级的原子，很不稳定，总是力图向低能级跃迁，这正象树上的苹果有向下掉的趋势一样，一旦成熟，就会落到地上来。原子中能级数目很多，我们任选两个能级作为例子，说明原子的跃迁问题。在没有任何外界作用的情况下，处在能量较高轨道上的电子也可能自发地跑到能量较低的轨道上，也就是说，原子自发地产生从较高能级到低能级的跃迁，这叫做自发跃迁。在自发跃迁时，就会将多余的能量释放出来。释放能量的形式有二：一种是变为热能，叫做无辐射跃迁；一种是以光的形式辐射出来，叫做自发辐射。物质的自发辐射发光，就是我们平常所看到的普通光。自发辐射光的频率取决于两个能级的能量差，自发辐射发光的特点是处于高能级的各个原子都独立地、自发地跃迁，彼此无关。不同的原子可能是在不同的能级之间发生跃迁，可能有各种各样的频率。即使有些原子是在相同的能级间实现跃迁，因而发光频率相同，但是它们发出的光在振动方向和振动相位上也是杂乱无章的。一切自然光，如阳光、灯光、火光，都属于自发辐射发光。
2.受激吸收。一个处于低能级的原子，当有一个频率为的外来光子逼近它时，这个原子便有可能吸收光子的能量，而跃迁到高能级去，也就是说，原子中个别的电子吸收外界能量而跑到离核较远的轨道上去，从而使自己的能量有所增加。这个过程就叫做光的受激吸收。
