激光器的頻率在一定范圍內是可調的，而把激光器的頻率調至略低于某原子的可以吸收的頻率時，就會有意想不到的結果。當用這樣一束光照射某一特定的原子時，就會發生這樣的情況。如果原子是向著激光束運動時，由于光的多普勒效應，則光子的頻率增加，而原來激光光子的頻率剛好是略小于原子的可吸收的頻率，則此時由于多普勒效應則剛好被原子吸收。激光器的頻率在一定范圍內是可調的，而把激光器的頻率調至略低于某原子的可以吸收的頻率時，就會有意想不到的結果。當用這樣一束光照射某一特定的原子時，就會發生這樣的情況。如果原子是向著激光束運動時，由于光的多普勒效應，則光子的頻率增加，而原來激光光子的頻率剛好是略小于原子的可吸收的頻率，則此時由于多普勒效應則剛好被原子吸收。
而這一吸收表現為動量改變。因為光子的運動方向與原子的運動方向相反，則在光子與原子碰撞之后，原子躍遷到激發態，并且動量減小，故動能也隨之減小。而對于其他運動方向的原子，則其對應的光子的頻率不會增加，所以不能吸收激光束中的光子，所以也不會有動量增加這一現象的發生，相對于動能來講也是一樣。當我們用多束激光從不同角度來照射原子，則在不同運動方向上的原子的動量都會減小，從而動能減小。而由于在激光只減小原子的動量，所以在此過程持續一段時間后，大多數的原子的動量就會達到一個很低的水準，從而達到制冷的目的。
但此技術所應用的范圍大多是用于原子冷卻，而對于分子，這種方法很難將其冷卻到超低溫。但超冷分子比超冷原子的意義更大，因為其屬性更為復雜。目前，冷卻分子的方法是將超冷堿原子結合在一起，產生雙堿分子。不久之前，耶魯大學就曾經將氟化鍶(SrF)冷卻到幾百微開。
激光制冷也稱反斯托克斯熒光制冷，是正在發展的新概念的制冷方法其基本原理是反斯托克斯效應，利用散射與入射光子的能量差實現制冷。反斯托克斯效應是一種特殊的散射效應，其散射熒光光子波長比入射光子波長短。 因此，散射熒光光子能量高于入射光子能量，其過程可簡單理解為：用低能量激光光子激發發光介質，發光介質散射出高能量的光子，將發光介質中的原有能量帶出介質而制冷。與傳統制冷方式相比，激光起到了提供制冷動力的作用，而散射出的反斯托克斯熒光則是熱量載體。
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