所有物质，无论是固体液体还是气体，都是由原子组成的。原子由原子核组成，原子核由质子、中子和电子云组成，电子云在由不同能级定义的轨道上环绕原子核。一束能量，通常是由许多不同波长组成的光，就像手电筒的光束只是更紧密地聚焦，用于激发电子“跳跃”到更高的能级。
如果有足够多的电子被激发，材料可以达到一种称为“反转”的状态。然后可以通过“发射”光子来“刺激”激发的电子回到它们的原始状态。该光子将在波长和相位上与激发它的光子完全匹配 。这些光子然后可以激发更多的光子被发射。这个重复的过程会导致光输出增加，这就是“激光”这个名称的由来——通过受激辐射进行光放大。激光束的功率取决于用于产生它的材料原子中电子的能级。
激光材料产生的光子的能级与激光材料 产生的光的波长成反比 。换句话说， 光的波长越短，光子的能量就越高。尽管产生激光的电源以及激光束是恒定的还是脉冲的等其他因素也会对其产生影响，但通常是光的波长决定了激光束的功率。由于不同的激光材料产生不同波长的光，它们也会产生不同功率水平的激光束。
最短的波长，从 10 到 400 纳米 (nm)，产生紫外 (UV) 光。从 380 到 740 nm 的中间波长产生从紫色到红色的可见光 (VIS)。最长的波长，从 700 纳米到 1 毫米，产生红外 (IR) 光，与紫外线一样，人眼不可见。
