Spontaniczna emisja promieniowania przez atom ma miejsce wówczas, gdy elektron w atomie przechodzi z jednego ze stanów wzbudzonych do stanu o niższej energii, np. do stanu podstawowego. Wartość energii jaka zostanie w tym przypadku wypromieniowana jest równa różnicy energii atomu pomiędzy stanem wzbudzonym (E2), a stanem podstawowym (E1). Energia fotonu jest liniową funkcją częstotliwości, stąd światło, które powstaje w wyniku emisji spontanicznej ma ściśle określoną częstotliwość. Jest ona równa:
\( \nu = \frac{E _{2}-E _{1} }{h } \)
gdzie: h – stała Plancka.
Rys.1. Schemat powstawania spontanicznej emisji promieniowania przez wzbudzony atom.
W przypadku emisji spontanicznej kierunek, w którym zostanie wysłany foton jest przypadkowy.
Drugim rodzajem emisji promieniowania przez atom jest emisja wymuszona. Zjawisko to ma miejsce wówczas, gdy do atomu, będącego w stanie wzbudzonym, wpada foton o energii równej energii wzbudzenia. Foton ten wymusza przejście elektronu w atomie do stanu podstawowego, co powoduje emisję drugiego fotonu o tej samej energii. Obydwa fotony mają tą samą częstotliwość i są zgodne w fazie. Oznacza to, że tworzą one spójną falę elektromagnetyczną, która może wymusić emisję promieniowania przez inne atomy, będące w tym samym stanie wzbudzonym.
Rys.2. Schemat powstawania emisji wymuszonej.
Zjawisko emisji wymuszonej zostało odkryte w 1916 roku przez Alberta Einsteina i stanowi ono podstawę działania wszelkiego rodzaju laserów.