Pour un laser pour travailler, un atome doit être stimulée - habituellement par la chaleur, de la lumière ou de l'électricité - dans un environnement contrôlé, ou milieu laser. Une fois stimulée, les électrons de l'atome se déplacent d'un état de relaxation ou au sol dans un état excité. Dans l'état détendu, les électrons en orbite autour étroitement autour du noyau d'un atome. Quand il est excité, les orbites des électrons grossissent, en plaçant les électrons plus loin du noyau de l'atome. À ce stade, les électrons sont dans un état d'énergie plus élevé que lorsque l'atome était au repos.