负温度是物理上的一个概念。同样,我们可以用物理上的原理解释负温度。我们都知道,通常所说的温度与原子的运动状态联系在一起。随着温度的升高,原子的能量也升高,原子运动得就会激烈,无序度就会增高。在低温时,高能量原子的数目总是少于低能量原子的数目,所以随着温度的升高,高能量原子数目逐渐增多,原子的混乱度也随之增加。而当所有原子的能量无限增大后,这时高能量原子的数目就会多于低能量原子的数目,随之会出现一个反常的现象,那就是原子的混乱度会随着温度的继续升高而降低,变无序为有序。这种情形可以用一个例子来形象地说明:地上有一把摆得很整齐的筷子,当有外力作用时,它们就会混乱起来,有的斜着,有的立着,有的悬在空中。当外力继续作用时,很可能所有的筷子瞬间都立了起来,这时,原来的无序状态就消失了。这时的状态就是负温度状态。但是,负温度不是描述宏观物体状态的概念,它是描述微观粒子能量反转状态的数学表述。这一概念的提出在物理学史上经历了30多年。早在1917年,爱因斯坦在研究黑体辐射对气体平衡计算时,发现辐射具有两种形式,自发辐射和受激辐射,从而提出了受激辐射的理论。1928年,德国的兰登伯在研究氖气色散现象时,发现激发电流超过一定值时,氖气的反常色散效应增强,这个实验实际上间接证实了受激辐射的存在,也直接给出了受激辐射的发生条件是实现粒子数反转。粒子数反转这一思想至关重要,然而在当时人们的心目中,认为这是不可思议的,因为在热平衡条件下,低能级粒子数总要比高能级粒子数多,实现粒子数反转就等于要破坏热平衡。因此粒子数反转思想未能引起更多人的注意。直到1951年,美国物理学家珀塞尔首先提出“负温度”概念,并把粒子数反转称为“负温度”状态。