ラマン冷却
原子の温度はビーム周波数に比べて十分に低いため、このポンピング過程中に原子の振動状態が変化する確率は低い。したがって、原子はより低い振動準位になり、冷却が行われる。この、低い振動準位への移送を各ステップで効率的に行うためには、強度やタイミングなどのレーザーのパラメータを注意深く調整する必要がある。一般的に、カップリング強度(ラビ周波数)は振動準位に依存するため、これらのパラメータは振動準位が違えば異なる。このナイーブな描写は、この遷移を起こす光子の反跳(英語版)の存在によりさらに複雑化する。この複雑さはラム–ディッケ領域と呼ばれる領域で冷却を行うことにより一般的には避けることができる。この領域では、原子が強固にトラップされているためその運動量は光子の反跳によって実効上変化しない。この状況はメスバウアー効果に似ている。
この冷却方式により、光学的技術のみを用いるよりも高密度の原子群を低温にすることができる。例えば、ボース=アインシュタイン凝縮を実現するにはまだ不十分であるが、その種の実験の出発点とすることはできる。例えば、セシウムのボース=アインシュタイン凝縮を初めて実現した実験ではラマンサイドバンド冷却が最初のステップとして用いられている。