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當一束頻率為v0的單色光照射到樣品上后，分子可以使入射光發生散射。大部分光只是改變光的傳播方向，從而發生散射，而穿過分子的透射光的頻率，仍與入射光的頻率相同，這時，稱這種散射稱為瑞利散射；還有一種散射光，它約占總散射光強度的10^-6～10^-10，該散射光不僅傳播方向發生了改變，而且該散射光的頻率也發生了改變，從而不同于激發光（入射光）的頻率，因此稱該散射光為拉曼散射。在拉曼散射中，散射光頻率相對入射光頻率減少的，稱之為斯托克斯散射，因此相反的情況，頻率增加的散射，稱為反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射強得多，拉曼光譜儀通常大多測定的是斯托克斯散射，也統稱為拉曼散射。

散射光與入射光之間的頻率差v稱為拉曼位移，拉曼位移與入射光頻率無關，它只與散射分子本身的結構有關。拉曼散射是由于分子極化率的改變而產生的（電子云發生變化）。拉曼位移取決于分子振動能級的變化，不同化學鍵或基團有特征的分子振動，ΔE反映了指定能級的變化，因此與之對應的拉曼位移也是特征的。這是拉曼光譜可以作為分子結構定性分析的依據。

拉曼光譜對于分子鍵合以及樣品的結構非常敏感，因而每種分子或樣品都會有其特有的光譜“指紋”。這些“指紋”可以用來進行化學鑒別、形態與相、內壓力/應力以及組成成份等方面的研究和分析。