Spontane Emission von freien Atomen (auch außerhalb eines Hohlraumresonators) wird durch Vakuumfluktuationen ausgelöst, d.h. durch kurzzeitig auftretende Schwankungen des elektrischen Feldes in einem Zustand mit keinem Photon (= "Vakuum"). Eine Bestätigung dafür erhält man, wenn das Atom in einen Hohlraumresonator setzt, der so dimensioniert ist, dass Vakuumfluktuationen unterdrückt werden. Dann bekommt das Atom eine wesentlich vergrößerte Lebensdauer und deshalb verkleinerte Linienbreite.

Bei der stimulierten Emission von Atomen sorgt einfallende Strahlung dafür, dass angeregte Atome in einen tieferen Energiezustand übergehen. Strahlung kann stimulierte Emission anregen, wenn ihre Photonenenergie mit der Energie der abzustrahlenden Photonen übereinstimmt. Stimulierte Emission ist vor allem beim Laser wichtig. In einem normalen Gas kann Strahlung geeigneter Frequenz sowohl die Atome anregen als auch angeregte Atome zur stimulierten Emission bringen. Die Atome befinden sich dann in einem Überlagerungszustand von nicht angeregten Atomen und angeregten Atomen.