Ko svetloba potuje skozi trdno, tekočo ali plinasto snov, se del svetlobe razprši in potuje v smeri, ki se razlikujejo od smeri vhodne svetlobe. Večina razpršene svetlobe bo ohranila svojo prvotno frekvenco – to je znano kot elastično sipanje, primer Rayleighovega sipanja. Majhen delež razpršene svetlobe bo imel frekvenco manjšo od frekvence vhodne svetlobe, še manjši delež pa bo imel višjo frekvenco – to je znano kot neelastično sipanje. Ramanovo sipanje je oblika neelastičnega sipanja in je poimenovano po Chandrasekkari Venkati Ramanu, ki je leta 1930 prejel Nobelovo nagrado za svoje delo na to temo.
Čeprav lahko sipanje predstavljamo kot svetlobo, ki se preprosto odbija od majhnih delcev, je realnost bolj zapletena. Ko elektromagnetno sevanje, katerega vrsta je svetloba, interagira z molekulo, lahko popači obliko elektronskega oblaka molekule; Obseg, v katerem se to zgodi, je znan kot polarizabilnost molekule in je odvisen od strukture molekule in narave vezi med njenimi atomi. Po interakciji s svetlobnim fotonom lahko oblika elektronskega oblaka niha s frekvenco, ki je povezana s frekvenco prihajajočega fotona. To nihanje povzroči, da molekula oddaja nov foton z isto frekvenco, kar povzroči elastično ali Rayleighovo sipanje. Obseg, v katerem pride do Rayleighovega in Ramanovega sipanja, je odvisen od polarizabilnosti molekule.
Molekule lahko tudi vibrirajo, pri čemer se dolžine vezi med atomi občasno povečujejo ali zmanjšujejo za 10%. Če je molekula v najnižjem vibracijskem stanju, jo včasih prihajajoči foton potisne v višje vibracijsko stanje, pri čemer izgubi energijo in povzroči, da ima oddani foton manj energije in zato nižjo frekvenco. Manj pogosto je molekula morda že nad svojim najnižjim vibracijskim stanjem, v tem primeru lahko vhodni foton povzroči, da se vrne v nižje stanje in pridobi energijo, ki se oddaja kot foton z višjo frekvenco.
Ta emisija fotonov nižje in višje frekvence je oblika neelastičnega sipanja, znanega kot Ramanovo sipanje. Če analiziramo spekter razpršene svetlobe, bo pokazala črto na vhodni frekvenci zaradi Rayleighovega sipanja, z manjšimi črtami pri nižjih frekvencah in še manjšimi črtami pri višjih frekvencah. Te nižje in višje frekvenčne črte, znane kot Stokesove in anti-Stokesove črte, se pojavljajo v enakih intervalih od Rayleighove črte in celoten vzorec je značilen za Ramanovo sipanje.
Ker so frekvenčni intervali, v katerih se pojavljajo Stoksove in anti-Stokesove črte, odvisni od vrste molekul, s katerimi svetloba deluje, se lahko ramansko sipanje uporabi za določitev sestave vzorca materiala, na primer mineralov, prisotnih v kosu. skale. Ta tehnika je znana kot Ramanova spektroskopija in običajno uporablja monokromatski laser kot vir svetlobe. Vsaka od posameznih molekul bo ustvarila edinstven vzorec Stokesovih in anti-Stokesovih linij, kar bo omogočilo njihovo identifikacijo.