拉曼效應起源于分子振動（和點陣振動）與轉動，因此從拉曼光譜中可以得到分子振動能級(點陣振動能級)與轉動能級結構的知識。用虛的上能級概念可以說明了拉曼效應：
設散射物分子原來處于聲子基態，振動能級如圖1所示。當受到入射光照射時，激發光與此分子的作用引起的極化可以看作為虛的吸收，表述為聲子躍遷到虛態（Virtual state），虛能級上的聲子立即躍遷到下能級而發光，即為散射光。設仍回到初始的聲子態，則有如圖1所示的三種情況。因而散射光中既有與入射光頻率相同的譜線，也有與入射光頻率不同的譜線，前者稱為瑞利線，后者稱為拉曼線。在拉曼線中，又把頻率小于入射光頻率的譜線稱為斯托克斯線，而把頻率大于入射光頻率的譜線稱為反斯托克斯線。
拉曼光譜
附加頻率值與振動能級有關的稱作大拉曼位移，與同一振動能級內的轉動能級有關的稱作小拉曼位移：
大拉曼位移：（為振動能級帶頻率）
小拉曼位移：（其中B為轉動常數）
簡單推導小拉曼位移：利用轉動常數