反转是一个必要的步骤，因此在雷射科学中，居量反转是很重要的研究主题之一。值得注意的是居量反转不可能是热平衡的稳态解，如二能阶系统中，温度极高或外场极大时的平衡态也只允许激发态与基态粒子数目相等。
形成雷射.在一个二级系统中，一个电子自低能级向高能级跃迁和自高能级向低能级跃迁的概率是一样的。为了达到光放大的作用，在高能级必须有更多的电子，使得受激辐射发生的概率更高。这个状态称为居量反转。出于这个原因，所以以光子激发的二级系统是无法实现激光的，所以激光一般是以通过三级系统和四级系统得到