激光入射到樣品，產生散射光：散射光為彈性散射，頻率不發生改變為瑞麗(Rayleigh)散射；散射光為非彈性散射，頻率發生改變為拉曼(Raman)散射。如圖：Rayleigh散射(左)： 彈性碰撞；無能量交換，僅改變方向；Raman散射(右)： 非彈性碰撞；方向改變且有能量交換。其中，E0基態， E1振動激發態； E0+ hν0 ，E1+ hν0 激發虛態；獲得能量后，躍遷到激發虛態。
Raman散射：兩種躍遷能量差：△E=h(V0 -△V)，產生stokes線；強；基態分子多；△E=h(V0 +△V)，產生反stokes線；弱。Raman位移：Raman散射光與入射光頻率差△n。
斯托克斯線(Stokes)：基態分子躍遷到虛能級后不會到原處基態，而落到另一較高能級發射光子，發射的新光子能量hv'顯然小于入射光子能量hv，△V 就是拉曼散射光譜的頻率位移。反斯托克斯線(anti-Stokes)：發射光子頻率高于原入射光子頻率。
拉曼位移(Raman shift)：△V 即散射光頻率與激發光頻之差。拉曼位移△V 只取決于散射分子的結構，而與V0無關，所以拉曼光譜可以作為分子振動能級的指紋光譜。與入射光波長無光，適用于分子結構分析。
