让我们先来看一个实验，将一束激光垂直地照射到两条平行狭缝上，通过发射出两束光，投射到屏幕上。两束光在屏幕上迭加而产生干涉条纹。如果看作物体，看作参考光源，则屏幕上的干涉花样即为全息图。如果用照相底片代替屏幕，记录下来干涉图形，就得到了一张狭缝的全息照片。这张照片，是一只强度按正弦规律变化的明暗相间条纹构成的光栅。只要用参考光束去照射所得到的全息照片干涉图形，就可以观察到的再现象。由于光栅的衍射效应，在光栅后面会出现一系列的衍射光波，其中有一列衍射光波与物体原来位置所发出的光波一样，这列光波就在狭缝处形成一个虚象。于是，我们可以从全息照片的后面看到原物体狭缝的再现的象，它是一条明亮的条纹。此外，在全息照片的后面还有一个同它共轭的实象。如果要把这个实象拍摄下来，不需要使用任何照相机，只要把感光底片放在这个实象的位置处，就能记录下来了。
狭缝也可以由其它物体来代替。此时，仍然用一束相干激光照射之，则由物体表面反射的光波与参考光源发出的光波在屏幕上发生干涉，而形成更复杂的全息图样。采取同样的方法，即以参考光束照射所得到的全息图样，即可以得到物体的再现象。由于全息图样既记录了光波振幅，又记录了光波的相位，因而原物体若为立体的，则再现象也是立体的，再现象与物体会一模一样。所谓“立体的”物体，就是物体的质点在三维空间中有不同位置，这样，物体表面上不同的点反射出来的光传到底片上，由于光程的不同，相位就有差别，因此，再现物体的全息象时，就将这些点的相位差别全部重现出来，反映出物体的质点在空间中的不同位置来。这就是全息照相的基本原理。
全息照相的整个过程分为两步：第一步是拍摄全息照片，称为波前记录；第二步是再现全息照片，称为波前再现。
拍摄全息照片，是先将一支足够强的激光分成两列光波：一列光波照射到物体上之后，从物体上反射的光波射到感光胶片上，称之为物体光波；另一列光波直接或经由反射镜改变方向之后射到感光胶片上，称之为参考光波。物体光波和参考光波在感光胶片上相遇而发生干涉，形成全息图形，经过显影和定影就得到了全息照片。全息照片上记录的是许多明暗不同的花纹、小环和斑点之类的干涉花样。干涉花样的形状记录了物体光波和参考光波之间的相位关系，而其明暗对比程度（反差）则反映了光波的强度（振幅）关系。光波越强，反差越大。这样，就将物体光波的全部信息都记录下来了。由此可见，全息照片和普通照片完全不同：普通照片靠黑白反差，只记录了光波的强度，即只记录了光波的振幅；而全息照片的干涉图形则是以一种特殊的形式，记录了振幅和相位的全部光学信息。这些光学信息，不仅有来自景物正面的，而且还有来自景物的其它可见的部位的，这就是说，也有来自被障碍物遮住的景物的一些部位的信息。因此，这样的全息照片能够再现出其所记录的同原景物一模一样的三维立体景象来。此外，还可以看出，拍摄完毕并经过冲洗的感光胶片——全息照片，既是底片（负片），又是照片（正片）。全息照相没有普通照相过程中由底片印制正片的工艺过程。当然，如果需要复制的话，那么，如前所述，可以用这张全息照片作底片，采取接触法复制出新的全息照片，虽然复制片和原照片“黑白”相反，但复制片再现出来的象，仍然和原来的全息照片再现出来的象是完全一样的。
再现全息照片，是将一支同样的激光，以一个与拍摄时参考光波相同的角度照射到全息照片上，则会被照片上的干涉图样所衍射。这时，全息照片变成了一个反差不同、间距不等、弯弯曲曲发生了畸变的“光栅。在它的后面，就出现一系列零级、一级、二级等衍射波。零级波可以看成是衰减的入射光波，而两列一级衍射波构成了物体的两个再现象。其中，一列一级衍射波和物体在原位置发出的光波完全一样，构成了物体的虚象，另一列一级衍射波虽然也是物体波的精确的复制，但是，它的曲率与原物体波的曲率相反，原来的发散光变成了会聚光，因而构成了前后倒置的物体的实象，所形成的物体的实象，可以用感光胶片拍下来。”
全息照相也可以用于人或景物的拍照，不过在拍照时要以某种激光代替聚光灯或自然光；而在获得照片之后，要在照片镜框上镶上一个精巧的激光器，既作还原光源（使景象再现），又是装饰品，则可观察到立体象。
