Ein Laser emittiert im Allgemeinen Licht durch eine Art Verstärkung. Atomare Photonen können manipuliert werden, um die Lichtenergie auf einen kleinen Bereich zu konzentrieren oder sie über große Entfernungen zu lenken. Das Verfahren, bei dem Energie in den Lichtstrahl geleitet wird, um ihn zu verstärken, wird Pumpen genannt, und eine Laserpumpe stimuliert typischerweise Teilchen in einen höheren Energiezustand. Jeder Zustand wird oft als Ebene bezeichnet; ein Drei-Niveau-Laser zum Beispiel kann Licht in drei verschiedenen Stufen lenken, bevor es emittiert wird. Eine solche Konfiguration wird oft verwendet, um sicherzustellen, dass der Strahl das gewünschte Leistungsniveau hat.
Die in einem Laser verwendete Energie regt typischerweise die Photonenteilchen an, kann aber auch die entgegengesetzte Reaktion haben. Bei einem Drei-Niveau-Laser wird das Licht von einem Ruhezustand auf ein hohes Energieniveau übertragen; in der zweiten Stufe zerfällt diese Energie, aber es werden keine Teilchen als Strahlung emittiert. In der Regel hat dabei nicht mehr als die Hälfte der Teilchen genügend Energie. Ingenieure haben Systeme entwickelt, die sie dazu bringen können, energiereicher als nötig zu sein. Die letzte Stufe ist die Aktivierung des Laserstrahls, und typischerweise tritt ein schneller Abfall der Teilchenenergie auf, wenn die Teilchen emittiert werden.
Nachdem der Strahl gezündet wurde, nimmt das Energieniveau normalerweise auf seinen niedrigsten Zustand ab. Der Grundzustand eines Drei-Niveau-Lasers wird daher als unteres Laserniveau oder E1 bezeichnet, was üblicherweise auch der Systemzustand nach der Emission ist. Energie wird oft direkt von E3 auf das E1-Niveau geleitet, während das obere Laserniveau, E2 genannt, typischerweise auftritt, bevor der Strahl aktiviert wird.
Die Verwendung von nur der Hälfte der Elektronen erfordert im Allgemeinen, dass dem Drei-Niveau-Laser mehr Leistung zugeführt wird. Ein Großteil der Energie geht in einen niedrigeren Zustand über, ohne Licht oder andere Strahlung zu emittieren, was im Allgemeinen durch den Energietransport durch Teilchen ermöglicht wird, die als Gitterphotonen bezeichnet werden. Daher ist diese Art von Laser in der Regel nicht so effizient wie einige andere Varianten.
Energiezustände auf jeder Ebene dauern Sekundenbruchteile an, trotz der erheblichen Gewinne und Verluste, die auftreten können. Ein weiteres Phänomen, das häufig bei einem Drei-Niveau-Laser auftritt, ist eine Besetzungsinversion, bei der die Menge der Teilchen in einem höheren Energiezustand größer ist als in denen in niedrigeren Zuständen. Eine Lichtverstärkung ist typischerweise das Ergebnis. Diese Energiezustände werden jedoch nur in einem Teil der Partikel in diesem Lasertyp erreicht, sodass manchmal die Energieeffizienz angegangen werden muss.