依據激光的兩種主要性質：窄的譜線寬度和高的強度。所使用的激光器多是連續波調頻激光器，特別是染料激光器。在強激光光束中，氣體原子吸收光子的速率超過了原子返回原始能級的速率，因而能夠使吸收給定頻率的光子的原子數目有所減少。這就是說，激光光束在道路上“掃除了”吸收這種頻率的原子。當以相同頻率的另一光束沿著同一道路通過氣體樣品時，就會發現氣體原子對這種頻率的光的吸收減少了。
實際上，利用這種效應進行高分辨光譜學的研究時，是把調頻激光器的光束分裂成一個強的飽和光束和一個弱的測試光束。所謂飽和光束，粗略地說，就是能夠激發大數目的原子，使原子的激發呈現飽和狀態。這兩條光束沿著相同的路程通過氣體原子樣品，但它們的傳播方向相反。當激光器的輸出頻率進行掃描并且正好調到原子能級躍遷的頻率時，強的飽和光束便為一組特定的原子所吸收，這些原子在光束方向的速度分量為零。而在光束方向有速度分量的原子，由于多普勒效應，便不會吸收飽和光束中的光子。
飽和光束就使得選定的態上的原子數目減少，因而在測試光束通過原子樣品時，相應地經受到了小的吸收。這種吸收的頻率范圍由于沒有多普勒效應而很窄。如果激光光束的頻率稍稍偏離于原子躍遷的頻率，則兩個光束便分別地和不同的原子發生相互作用，而不是像光束的頻率恰好為原子躍遷頻率時，兩個光束和同一原子發生相互作用那樣。
因此，飽和光束對于測試光束的吸收便不起任何作用。由此可見，飽和光譜技術給出的測試光束信號的寬度很窄，幾乎接近譜線的自然寬度。