Amoniak zawierający cząsteczki wzbudzone i w stanie podstawowym przechodził do separatora, którym były cztery pręty naelektryzowane w układzie kwadrupola. Cząsteczki niewzbudzone są wciągane w pole elektrostatyczne, które w układzie kwadrupolowym jest najsłabsze w środku, a silniejsze między elektrodami, w wyniku czego cząstki niewzbudzone wypadają z wiązki amoniaku. W wyniku takiej separacji uzyskiwano gaz, w którym występowała inwersja obsadzeń – czyli w stanie wzbudzonym było więcej cząsteczek niż w stanie podstawowym. W stanie inwersji liczba emisji wymuszonych jest większa od absorpcji promieniowania.
Rezonator jest układem dwóch równoległych płytek, umieszczonych w takiej odległości by promieniowanie o wzbudzanej częstotliwości rezonowało w nim. Jedna z płytek ma otwór, którym wydostaje się wytwarzane promieniowanie. Pierwszy maser wytwarzał promieniowanie o częstotliwości 23,87 GHz (długość fali 1,25 cm), promieniowanie było spójne i miało bardzo mały szum w porównaniu do wytwarzanego w lampach mikrofalowych.
Rosjanie Nikołaj Basow i Aleksandr Prochorow doszli do tego samego pomysłu co Townes mniej więcej w tym samym czasie.