通过原子光学元件（例如类似光学中的分光计和反射镜，它们已经实现光学双光子的传播）的分光和反射，来测出由于惯性力的作用使原子波函数的相位发生变化，然后测出这个相位的变化量（如图所示）。原子干涉仪和光学干涉仪有许多相同之处，但是在原子干涉仪中，光和物质进行相互交换。该技术已被用在原子钟上，然而原子钟的“光学”跃迁是通过微波来实现的。干涉仪对频率的改变最为敏感。利用原子干涉仪对在光和原子相互作用中的光场相位改变的敏感性测量惯性力，在外在势场如重力场影响下，原子通过不同的干涉仪路径受到不同势的作用，从而有效地改变时间和（或）空间上原子和光相互作用的时间和地点。量子陀螺仪有着超高精度和超高分辨率的优异特性，可用于许多特殊要求的测量，如重力加速度和加速度的测量，高灵敏导航系统等。还可应用在航空航天、航海、地球物理和物理学等诸多领域。

原子在激光作用下分裂两个能级