Les atomes sont constitués d'un noyau et d'un ou plusieurs électrons qui gravitent sur des orbites stables. Le principe du laser repose sur le phénomène de pompage par excitation. Ce pompage s'effectue par le passage d'un électron d'une orbite de niveau d'énergie E1 à une autre orbite d'énergie supérieure E2 et se fait par absorption d'une quantité d'énergie parfaitement définie. Celle-ci peut provenir d'une excitation électrique, ou d'un flash optique

Deux types d'émissions :

L'émission spontanée :
Lorsqu'un électron est situé à un niveau excité, il revient naturellement à son état fondamental en libérant un photon d'énergie E = h.n c'est l'émission spontanée

L'émission stimulée :
Lorsqu'un photon d'énergie E = h.n excite un électron placé sur orbite E2, il y a libération d'énergie sous la forme d'un second photon de même énergie et de même phase que le photon incident; il y a alors émission stimulée.

Le milieu actif est placé dans un résonateur constitué de deux miroirs dont l'un est partiellement transparent. Il subit une excitation afin d'obtenir le phénomène de pompage. Lorsque le niveau d'énergie supérieur devient plus peuplé que le niveau inférieur, il y a inversion de population et émission spontanée dans toutes les directions. Lorsqu'un photon rencontre un électron excité, il y a émission stimulée. Le faisceau laser sort de la cavité à travers le miroir partiellement transparent.