Kada svjetlost putuje kroz krutu tvar, tekućinu ili plin, dio svjetlosti će se raspršiti, putujući u smjerovima koji se razlikuju od smjera dolaznog svjetla. Većina raspršene svjetlosti će zadržati svoju izvornu frekvenciju – to je poznato kao elastično raspršenje, a primjer je Rayleighovo raspršenje. Mali dio raspršene svjetlosti imat će frekvenciju manju od frekvencije dolaznog svjetla, a još manji dio će imati višu frekvenciju – to je poznato kao neelastično raspršenje. Ramanovo raspršenje je oblik neelastičnog raspršenja i nazvano je po Chandrasekkari Venkati Ramanu, koji je dobio Nobelovu nagradu za svoj rad na temu 1930. godine.
Iako se raspršenje može zamisliti kao svjetlost koja se jednostavno odbija od malih čestica, stvarnost je složenija. Kada elektromagnetsko zračenje, čija je vrsta svjetlost, stupi u interakciju s molekulom, može iskriviti oblik elektronskog oblaka molekule; Stupanj u kojem se to događa poznat je kao polarizabilnost molekule i ovisi o strukturi molekule i prirodi veza između njezinih atoma. Nakon interakcije sa svjetlosnim fotonom, oblik oblaka elektrona može oscilirati na frekvenciji koja je povezana s frekvencijom nadolazećeg fotona. Ova oscilacija zauzvrat uzrokuje da molekula emitira novi foton na istoj frekvenciji, što rezultira elastičnim, ili Rayleighovim, raspršenjem. Stupanj do kojeg dolazi do Rayleighovog i Ramanovog raspršenja ovisi o polarizabilnosti molekule.
Molekule također mogu vibrirati, pri čemu se duljina veze između atoma povremeno povećava ili smanjuje za 10%. Ako je molekula u najnižem vibracijskom stanju, ponekad će je nadolazeći foton gurnuti u više vibracijsko stanje, gubeći energiju u procesu i rezultirajući time da emitirani foton ima manje energije i stoga nižu frekvenciju. Rjeđe, molekula bi već mogla biti iznad svog najnižeg vibracijskog stanja, u kojem slučaju dolazni foton može uzrokovati da se vrati u niže stanje, dobivajući energiju koja se emitira kao foton s višom frekvencijom.
Ova emisija fotona niže i više frekvencije je oblik neelastičnog raspršenja poznatog kao Ramanovo raspršenje. Ako se analizira spektar raspršene svjetlosti, pokazat će se linija na ulaznoj frekvenciji zbog Rayleighovog raspršenja, s manjim linijama na nižim frekvencijama, a još manjim linijama na višim frekvencijama. Ove linije niže i više frekvencije, poznate kao Stokesove i anti-Stokesove linije, pojavljuju se u istim intervalima od Rayleighove linije i ukupni uzorak je karakterističan za Ramanovo raspršenje.
Budući da intervali frekvencije u kojima se pojavljuju Stokesove i anti-Stokesove linije ovise o vrstama molekula s kojima je svjetlost u interakciji, Ramanovo se raspršenje može koristiti za određivanje sastava uzorka materijala, na primjer, minerala prisutnih u komadu od rocka. Ova tehnika je poznata kao Ramanova spektroskopija i obično koristi monokromatski laser kao izvor svjetlosti. Svaka će određena molekula proizvesti jedinstveni uzorak Stokesovih i anti-Stokesovih linija, omogućujući njihovu identifikaciju.