式中，f為光的頻率，h為普朗克常數。
自發輻射發光的特點是，處於高能級的各個原子都獨立地、自發地躍遷，相互沒有什麼關係。不同的原子可能是在不同的能級之間發生躍遷，可能有各種各樣的頻率。即使有些原子是在相同的能級間實現躍遷，因而發光頻率相同，但是它們發出的光在振動方向和振動相位上也是雜亂無章的。一切自然光，如陽光、燈光、火光，都屬於自發輻射發光。
（2）受激吸收
一個處於低能級E1的原子，當有一個頻率為f21=（E2——E1）/h的外來光子逼近它時，這個原子就有可能吸收光子的能量E=hf21=E2——E1，從而躍遷到高能級E2去。原子原來具有能量E1，吸收了光子的能量E，這樣，原子躍遷到高能級後所具有的能量為E1+hf21=E1+（E2——E1）=E2.這就表明，原子從原來的低能級E1被激發到高能級E2上去了，也就是說，原子中的一個電子吸收了外界能量而跑到離核較遠的軌道上去，從而使原子的能量有所增加。這個過程叫做光的受激吸收。
受激吸收過程不是自發產生的，而是在外來光子的“刺激”下發生的。隻要外來光子的頻率（或能量）符合（10——1）式條件，受激吸收就會發生。譬如說，用光照射某種物質，光越強，物質中原子吸收的光子就越多，受激發的原子也越多；光越弱，物質中原子吸收的光子就越少，受激發的原子也越少。
（3）受激輻射
一個處於高能級E2的原子，當有一個頻率為f21=（E2——E1）/h的外來光子逼近它時，這個原子受到光的“刺激”，便有可能從高能級E2躍遷到低能級E1，同時輻射出一個光子來，這個光子的能量為E2——E1，頻率與外來光子的頻率相同。這就表明，原子從高能級降到了低能級，也就是說，原子中處於能量較高軌道上的電子，在外界入射光的“刺激”下被迫躍遷到能量低的軌道上，從而發出光來。這個過程就叫做光的受激輻射。
受激輻射過程不是自發產生的，而是在外來光子的“刺激”下發生的。由於受激輻射出來的光子是受外來光子“刺激”產生的，因而它與外來光子一模一樣，不僅頻率相同，都是f21，而且傳播方向、振動方向和振動相位都是完全一致的。如果以外來的光子代表入射光波，那麼，在受激輻射過程之後，由兩個光子代表輸出光波，結果輸出光波的能量比入射光波的能量增大了一倍，換句話說，光波的振幅通過受激輻射而被放大了。實際上，這就是激光產生的基本原理。
上述的光的自發輻射、受激吸收和受激輻射，通常是同時存在的。受激吸收和受激輻射顯然是互相矛盾的，因為受激吸收是原子在光照作用下，從低能級被激發到高能級上去，結果吸收光子，光場被減弱；而受激輻射是原子在光照作用下，從高能級躍遷到低能級去，結果又輻射出光子來，光場被增強，即光被放大。但是，在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。要想獲得光的放大，必須沒法使光的受激輻射占優勢，也就是說，必須使處於高能級上的原子數目遠多於處於低能級上的原子數目，這樣就可以使受激輻射過程勝過受激吸收過程，從而實現激光放大。