โดยทั่วไป การกระเจิงรามานจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับการสั่นสะเทือนภายในโมเลกุล ในกรณีของก๊าซ ยังสามารถรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับพลังงานการหมุนได้อีกด้วย^{[ 12 ]}สำหรับของแข็งอาจสังเกตโหมดโฟนอน ได้เช่นกัน ^{[ 13 ]}หลักการพื้นฐานของการดูดกลืนอินฟราเรดเกี่ยวกับการสั่นสะเทือนของโมเลกุลนั้นใช้ได้กับการกระเจิงรามาน แม้ว่ากฎการเลือกจะแตกต่างกันก็ตาม

การกระเจิงรามานนั้นถูกมองว่าเกี่ยวข้องกับระดับพลังงานอิเล็กตรอนเสมือนซึ่งสอดคล้องกับพลังงานของโฟตอนเลเซอร์ที่กระตุ้น การดูดกลืนโฟตอนจะกระตุ้นโมเลกุลไปสู่สถานะจินตนาการ และการปล่อยโฟตอนกลับออกมาจะนำไปสู่การกระเจิงรามานหรือเรย์ลี ในทั้งสามกรณี สถานะสุดท้ายจะมีพลังงานอิเล็กตรอนเท่ากับสถานะเริ่มต้น แต่จะมีพลังงานการสั่นสะเทือนสูงกว่าในกรณีของการกระเจิงรามานแบบสโตกส์ ต่ำกว่าในกรณีของการกระเจิงรามานแบบแอนติสโตกส์ หรือเท่ากันในกรณีของการกระเจิงเรย์ลี โดยปกติแล้วจะคิดในแง่ของเลขคลื่น โดยที่${\displaystyle {\tilde {\nu }__{0}}$คือเลขคลื่นของเลเซอร์และ${\displaystyle {\tilde {\nu }__{M}}$คือเลขคลื่นของการเปลี่ยนสถานะการสั่น ดังนั้นการกระเจิงแบบสโตกส์จึงให้เลขคลื่นเท่ากับ${\displaystyle {\tilde {\nu }__{0}-{\tilde {\nu }__{M}}$ในขณะที่${\textstyle {\tilde {\nu }__{0}+{\tilde {\nu }__{M}}$ค่านี้ใช้สำหรับปรากฏการณ์แอนติสโตกส์ เมื่อพลังงานเลเซอร์กระตุ้นสอดคล้องกับการกระตุ้นทางอิเล็กตรอนที่แท้จริงของโมเลกุลปรากฏการณ์เรโซแนนซ์รามาน ก็จะเกิดขึ้น

แบบจำลองฟิสิกส์คลาสสิกสามารถอธิบายการกระเจิงของรามานและทำนายการเพิ่มขึ้นของความเข้มซึ่งแปรผันตามกำลังสี่ของความถี่แสง การกระเจิงของแสงโดยโมเลกุลเกี่ยวข้องกับการสั่นของไดโพลไฟฟ้าเหนี่ยวนำ องค์ประกอบสนามไฟฟ้าที่สั่นของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอาจทำให้เกิดไดโพลเหนี่ยวนำในโมเลกุลซึ่งเป็นไปตามสนามไฟฟ้าสลับที่ถูกปรับเปลี่ยนโดยการสั่นของโมเลกุล ดังนั้นจึงสังเกตเห็นการสั่นที่ความถี่ของสนามภายนอกพร้อมกับความถี่บีตที่เกิดจากสนามภายนอกและการสั่นของโหมดปกติ^{[ 10 ] [ 2 ]}

สเปกตรัมของโฟตอนที่กระเจิงเรียกว่าสเปกตรัมรามานมันแสดงความเข้มของแสงที่กระเจิงเป็นฟังก์ชันของความแตกต่างของความถี่Δνเมื่อเทียบกับโฟตอนที่ตกกระทบ ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่า การเลื่อนรามาน ตำแหน่งของยอดสโตกส์และแอนติสโตกส์ที่สอดคล้องกันจะก่อตัวเป็นรูปแบบสมมาตรโดยรอบเส้นเรย์ลีΔν=0การเลื่อนความถี่มีความสมมาตรเนื่องจากสอดคล้องกับความแตกต่างของพลังงานระหว่างสถานะเรโซแนนซ์บนและล่างเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ความเข้มของคู่ของคุณลักษณะมักจะแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับจำนวนประชากรของสถานะเริ่มต้นของวัสดุ ซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์สถานะล่างจะมีประชากรมากกว่าสถานะบน ดังนั้น อัตราการเปลี่ยนจากสถานะล่างที่มีประชากรมากกว่าไปยังสถานะบน (การเปลี่ยนผ่านแบบสโตกส์) จะสูงกว่าในทิศทางตรงกันข้าม (การเปลี่ยนผ่านแบบแอนติสโตกส์) ดังนั้น ยอดการกระเจิงแบบสโตกส์จึงแรงกว่ายอดการกระเจิงแบบแอนติสโตกส์ อัตราส่วนของค่าเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ดังนั้นจึงสามารถนำมาใช้ในการวัดอุณหภูมิได้:

${\displaystyle {\frac {I_{\text{Stokes}}}{I_{\text{anti-Stokes}}}}={\frac {({\tilde {\nu }}_{0}-{\tilde {\nu }}_{M})^{4}}{({\tilde {\nu }}_{0}+{\tilde {\nu }}_{M})^{4}}}\exp \left({\frac {hc\,{\tilde {\nu }}_{M}}{k_{B}T}}\right)}$

ตรงกันข้ามกับสเปกโทรสโกปีอินฟราเรด (IR spectroscopy) ซึ่งจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงของโมเมนต์ไดโพลเพื่อให้เกิดการกระตุ้นการสั่น การกระเจิงรามาน (Raman scattering) ต้องการการเปลี่ยนแปลงของค่าสภาพขั้ว (polarizability) การเปลี่ยนผ่านรามานจากสถานะหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่งจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อค่าสภาพขั้วของโมเลกุลในสถานะเหล่านั้นแตกต่างกัน สำหรับการสั่น การนี้หมายความว่าอนุพันธ์ของค่าสภาพขั้วเทียบกับพิกัดปกติที่เกี่ยวข้องกับการสั่นนั้นต้องไม่เป็นศูนย์:${\displaystyle {\frac {\partial \alpha }{\partial Q}}\neq 0}$โดยทั่วไป โหมดปกติจะเกิดการดูดกลืนแสงรามานได้ก็ต่อเมื่อมันแปลงสภาพด้วยสมมาตรเดียวกับรูปแบบกำลังสอง${\displaystyle (x^{2},y^{2},z^{2},xy,xz,yz)}$ซึ่งสามารถตรวจสอบได้จากตารางลักษณะเฉพาะของกลุ่มจุดของโมเลกุล เช่นเดียวกับสเปกโทรสโกปี IR เฉพาะการกระตุ้นพื้นฐาน (${\displaystyle \Delta \nu =\pm 1}$( ) ได้รับอนุญาตตาม QHO อย่างไรก็ตาม มีหลายกรณีที่สังเกตเห็นโอเวอร์โทนกฎการยกเว้นซึ่งกันและกันซึ่งระบุว่าโหมดการสั่นสะเทือนไม่สามารถแอคทีฟทั้งใน IR และ Raman ได้นั้น ใช้ได้กับโมเลกุลบางชนิด

กฎการคัดเลือกเฉพาะระบุว่าการเปลี่ยนผ่านการหมุนที่อนุญาตมีดังนี้${\displaystyle \Delta J=\pm 2}$, ที่ไหน${\displaystyle J}$คือสถานะการหมุน โดยทั่วไปแล้วสิ่งนี้จะเกี่ยวข้องเฉพาะกับโมเลกุลในสถานะแก๊สเท่านั้น ซึ่งความกว้างของเส้นสเปกตรัมรามานมีขนาดเล็กพอที่จะแยกแยะการเปลี่ยนสถานะการหมุนได้

กฎการเลือกที่เกี่ยวข้องเฉพาะกับวัสดุของแข็งที่มีระเบียบระบุว่าโฟนอนที่มีมุมเฟสเป็นศูนย์เท่านั้นที่สามารถสังเกตได้ด้วย IR และ Raman ยกเว้นในกรณีที่การกักขังโฟนอนปรากฏชัด^{[ 13 ]}

การตรวจสอบการโพลาไรเซชันของโฟตอนที่กระเจิงมีประโยชน์ในการทำความเข้าใจความเชื่อมโยงระหว่างสมมาตรของโมเลกุลและกิจกรรมรามาน ซึ่งอาจช่วยในการกำหนดจุดสูงสุดในสเปกตรัมรามาน^{[ 16 ]}แสงที่โพลาไรซ์ในทิศทางเดียวจะเข้าถึงโหมดที่ไวต่อรามานได้เพียงบางโหมดเท่านั้น แต่การหมุนโพลาไรเซชันจะทำให้เข้าถึงโหมดอื่นๆ ได้ แต่ละโหมดจะถูกแยกตามสมมาตรของมัน^{[ 17 ]}

ความสมมาตรของโหมดการสั่นสะเทือนนั้นอนุมานได้จากอัตราส่วนการลดขั้วρซึ่งเป็นอัตราส่วนของการกระเจิงรามานที่มีขั้วตั้งฉากกับเลเซอร์ตกกระทบและการกระเจิงรามานที่มีขั้วเดียวกันกับเลเซอร์ตกกระทบ:${\displaystyle \rho ={\frac {I_{r}}{I_{u}}}}$ที่นี่${\displaystyle I_{r}}$คือความเข้มของการกระเจิงรามานเมื่อตัววิเคราะห์หมุนไป 90 องศาเทียบกับแกนโพลาไรเซชันของแสงตกกระทบ และ${\displaystyle I_{u}}$ความเข้มของการกระเจิงรามานเมื่อตัววิเคราะห์อยู่ในแนวเดียวกับโพลาไรเซชันของเลเซอร์ตกกระทบ^{[ 18 ]}เมื่อแสงโพลาไรซ์มีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุล มันจะทำให้โมเลกุลบิดเบี้ยว ซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดผลที่เท่ากันและตรงกันข้ามในระนาบคลื่น ทำให้เกิดการหมุนด้วยความแตกต่างระหว่างทิศทางของโมเลกุลและมุมโพลาไรเซชันของคลื่นแสง ถ้า${\displaystyle \rho \geq {\frac {3}{4}}}$จากนั้นการสั่นสะเทือนที่ความถี่นั้นจะถูกลดขั้วหมายความว่ามันไม่สมมาตรโดยสมบูรณ์^{[ 19 ] [ 18 ]}

สมมติว่าระยะห่างระหว่างจุด A และ B ของลำแสงกระตุ้นคือxโดยทั่วไป เนื่องจากความถี่ในการกระตุ้นไม่เท่ากับความถี่ของการกระเจิงแบบรามาน ความยาวคลื่นสัมพัทธ์λและλ ' ที่สอดคล้องกันจึง ไม่เท่ากัน ดังนั้นจึงเกิดการเลื่อนเฟสΘ = 2 π x (1/ λ − 1/ λ ')ขึ้น สำหรับΘ = πแอมพลิจูดของการกระเจิงจะมีทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นลำแสงกระเจิงแบบรามานจึงยังคงอ่อนอยู่

• การตัดกันของคานอาจจำกัดเส้นทางxได้

มีเทคนิคหลายอย่างที่สามารถใช้เพื่อเพิ่มแอมพลิจูดให้มากขึ้น:

• ในผลึกที่มีคุณสมบัติทางแสงแบบแอนไอโซโทรปิก รังสีแสงอาจมีโหมดการแพร่กระจายสองโหมดที่มีโพลาไรเซชันต่างกันและดัชนีหักเหต่างกัน หากสามารถถ่ายโอนพลังงานระหว่างโหมดเหล่านี้ได้โดยเรโซแนนซ์แบบควอดรูโพลาร์ (รามาน) และเฟสยังคงสอดคล้องกันตลอดเส้นทาง การถ่ายโอนพลังงานอาจมีขนาดใหญ่ นี่คือการสร้างพารามิเตอร์ทางแสง (Optical parametric generation )
• แสงอาจเป็นพัลส์ เพื่อไม่ให้เกิดจังหวะ ในการกระเจิงรามานแบบกระตุ้นด้วยพัลส์ (ISRS) ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}ความยาวของพัลส์จะต้องสั้นกว่าค่าคงที่เวลาที่เกี่ยวข้องทั้งหมด^{[ 24 ]}การรบกวนของแสงรามานและแสงตกกระทบนั้นสั้นเกินไปที่จะทำให้เกิดจังหวะ ดังนั้นจึงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่โดยประมาณ ในสภาวะที่ดีที่สุด จะเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสามของความยาวพัลส์

ในห้องปฏิบัติการ ต้องใช้พัลส์เลเซอร์เฟมโตวินาที เนื่องจาก ISRS จะอ่อนมากหากพัลส์ยาวเกินไป ดังนั้นจึงไม่สามารถสังเกต ISRS ได้โดยใช้พัลส์นาโนวินาทีซึ่งทำให้เกิดแสงที่ไม่สอดคล้องกันตามเวลาแบบธรรมดา

สำหรับเลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง (CW) ความเข้มสูง การกระเจิงรามานแบบกระตุ้นสามารถใช้สร้างซูเปอร์คอนทิ นิวอัมที่มีแบนด์วิดท์กว้าง ได้ กระบวนการนี้ยังสามารถมองได้ว่าเป็นกรณีพิเศษของการผสมคลื่นสี่คลื่นซึ่งความถี่ของโฟตอนตกกระทบสองตัวเท่ากัน และสเปกตรัมที่ปล่อยออกมาจะอยู่ในสองแถบที่แยกจากแสงตกกระทบด้วย พลังงาน โฟนอนสเปกตรัมรามานเริ่มต้นสร้างขึ้นจากการปล่อยแบบธรรมชาติและจะถูกขยายในภายหลัง ที่ระดับการปั๊มสูงในเส้นใยยาว สเปกตรัมรามานลำดับสูงกว่าสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้สเปกตรัมรามานเป็นจุดเริ่มต้นใหม่ ทำให้เกิดสเปกตรัมใหม่เป็นลูกโซ่ที่มีแอมพลิจูดลดลง ข้อเสียของสัญญาณรบกวนภายในเนื่องจากกระบวนการธรรมชาติเริ่มต้นสามารถเอาชนะได้โดยการใส่สเปกตรัมเริ่มต้น หรือแม้กระทั่งใช้ลูปป้อนกลับเช่นในเรโซเนเตอร์เพื่อทำให้กระบวนการเสถียร เนื่องจากเทคโนโลยีนี้สามารถเข้ากับ สาขา เลเซอร์ไฟเบอร์ ที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วได้อย่างง่ายดาย และมีความต้องการแหล่งกำเนิดแสงความเข้มสูงแบบโคherent ในแนวขวาง (เช่น การสื่อสารโทรคมนาคมบรอดแบนด์ การใช้งานด้านการถ่ายภาพ) การขยายสัญญาณรามานและการสร้างสเปกตรัมจึงอาจถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอนาคตอันใกล้