Nazwa masera jest skrótem od Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Został on wynaleziony w 1951 roku przez Charlsa Townes'a. Substancją czynną w tym maserze był amoniak. Maser ten emitował mikrofale o długości fali 1,26 mm.

Maser jest to urządzenie, które wytwarza promień mikrofalowy na skutek wymuszonej emisji promieniowania.

Działanie masera jest analogiczne do działania wynalezionego później lasera.

Opiera się na procesie zwanym pompowaniem. Polega on na transporcie energii do ośrodka czynnego masera, aby mogło dojść do wzbudzania atomów na wyższe poziomy energetyczne. Stan oczekiwany to taki, w którym ilość stanów wzbudzonych przewyższa ilość stanów podstawowych.

Tak wzbudzone atomy zdolne są do wypromieniowywania energii podczas powrotu na poziom podstawowy.

Dzieje się tak pod wpływem tzw. fali wymuszającej dostarczanej do układu. Fotony powstające w zjawisku emisji wymuszonej mają taką samą fazę i taki sam kierunek jak foton wymuszający. Jest to więc dobry sposób na otrzymanie promieniowania spójnego i monochromatycznego.

W zależności od typu budowy i rodzaju ośrodka czynnego wyróżnia się :

- masery gazowe - ośrodek czynny stanowią cząsteczki gazów, np. amoniaku. Prototypem masera gazowego był wspomniany już wcześniej pierwszy skonstruowany maser. Gaz podgrzewany jest do wysokiej temperatury. Cząsteczki w procesie wzbudzania uzyskują różne wartości energii. Konieczne jest odseparowanie cząstek wzbudzonych od tych w stanie podstawowym. Robi się to przy pomocy elektrod, które są źródłem silnego pola elektrostatycznego. W tym polu cząsteczki w stanie podstawowym są odchylane, a te wzbudzone przemieszczają się w kierunku rezonatora. Dopiero tam ma miejsce wymuszona emisja promieniowania.

- masery krystaliczne - znajdują one zastosowanie jako wstępne wzmacniacze w przyrządach wykorzystywanych w radiolokacji i łączności satelitarnej. Są one obecnie podstawowymi narzędziami badawczymi elektroniki kwantowej.

W maserach krystalicznych wykorzystuje się paramagnetyzm kryształów takich jak np. rubin czy korund żelazowy. W tych maserach również musi dojść do wzbudzenia atomów ośrodka. Jest to możliwe dzięki ochłodzeniu kryształu do temperatury ciekłego helu. Następuje wtedy separacja paramagnetycznych atomów od drgań sieci. Drugim czynnikiem umożliwiającym wzbudzenie jest działanie na kryształ stałego pola magnetycznego o dużym natężeniu.

Przeważnie doprowadza się do trójstopniowego wzbudzania atomów kryształu. Można zatem wyróżnić trzy poziomy energii atomów. Noszą one nazwę minimalnego, pośredniego i maksymalnego poziomu. W wyniku procesu pompowania część atomów kryształu znajdzie się na tym najwyższym poziomie. Wtedy pod wpływem wymuszającego promieniowania elektromagnetycznego o odpowiedniej częstotliwości dochodzi do emisji promieniowania o częstotliwości równej częstotliwości tego promieniowania wymuszającego.