原子中的電子是個活潑好動的粒子，一旦有光、電、熱或衝擊等外界“刺激”，就會“蹦蹦跳跳”，在各個電子軌道間跑來跑去，使它的動能和位能產生增減變化，以致原子的內能隨之改變。原子內能的改變，表現在它的能級的變化，或者從低能級升到高能級，或者從高能級降到低能級。如前所述，原子處於高能級是不穩定的，稍遇“刺激”，就會跳到低能級去。在正常情況下，絕大多數原子處於最小能量狀態，也就是處於基態。原子處於基態時，電子的運轉軌道最小。除了處於基態的原子之外，也會有極少數的原子處於激發能級上，而且，能級越高，處於這個能級上的原子越少。這種在正常情況下原子數目按能級分布的規律，叫做玻耳茲曼分布律。處於熱平衡狀態的物質原子體係必定遵從於玻耳茲曼分布律。
為了獲得光的放大，必須打破物質原子體係的熱平衡狀態，使原子能級分布一反常態，使處於高能級的原子數目大大超過處於低能級的原子數目。這種反常的原子分布狀態叫做“粒子數反轉”。
要想使物質的原子體係處於“粒子數反轉”的分布狀態，采用單純的加熱辦法等是不能實現的。為此，科學家們采取了光激勵、放電激勵、化學激勵等一些特殊的“外界刺激”，給物質的原子體係加以能量，把處於低能級的原子激發到高能級上去。這種激發，是在人為控製下進行的，以便有選擇地使某個或某幾個較高能級上的原子數目大大增加，形成較高能級上的原子數目大大超過較低能級上的原子數目。
一種物質受到某種激勵以後，就會在選定的兩個能級間呈現出粒子數反轉分布狀態。這種在兩個能級間能夠呈現出粒子數反轉的物質叫做激活物質或激活媒質。氣體、**和固體都可以成為激活物質。