当电磁波在介质中传输时，一般情况介质的响应会依赖于电磁波的频率，这就是色散现象，介质的色散常用折射率来表示。大多数情况随频率增加而变大，称正常色散；但在介质吸收线（带）近旁，随频率增加反而变小，历史上称反常色散。人们还发现，介质的色散有不同的阶次。

在介质中传输的电磁波通常可描述为：

…（1）

式中为电场强度；为电磁波的频率；为传播因数。传播中相移的快慢，用相速度表示。一般是频率的函数，可以用电磁波中心频率近旁的泰勒级数表示为：

…（2）

式中，。是不同阶次的色散参数。反映了因不同而导致相移不同，是最常见的色散现象，如彩虹和棱镜分光。一次项是光脉冲传输的群速度的倒数：

  …（3）

式中可有正负，当其为负值时，群速度有可能超过真空中的光速，甚至成为负值，此时常说是一次负色散。二次项与所谓群速度色散（GVD）联系，色散参数表示为：

…（4）

式中可有正负，当其为正值时称为二次正色散，为负值时称为二次负色散。两种色散都会导致不同频率分量的传输速度不同（但高低频率正相反），因此原来频率分布均匀的光脉冲，在这种介质中传输后会成为频率分布不均匀的所谓“啁啾”脉冲，同时传输脉冲的宽度也会变化。

各级色散的讨论对超快光学技术和光纤技术很为重要。

在20世纪20年代原子物理研究中也曾引入一个“负色散”的概念，起源于R.拉登堡和H.A.克莱默等人用量子论的观念审视早先P.特鲁德和H.A.洛仑兹的经典色散理论。他们基于N.玻尔的原子模型，并应用A.爱因斯坦的自发辐射、受激发射和受激吸收概念重新考虑原子色散，得到新的反映高量子态受激发射影响的、负的色散项，因此称为“负色散”。拉登堡在1928年在氖放电管实验中证实了负色散的存在。历史上负色散研究联系到“负吸收”，已接近发现用受激发射来放大电磁波。如克莱默所说：“这种负色散紧密和爱因斯坦的论断相联系，即对于这种频率原子将显示负吸收，也就是说这种频率的光波，通过大量处于这种态的原子时强度将会增加。”