稀土的发光和激光性能都是由于稀土的4f电子在不同能级之间的跃迁产生的。由于稀土离子具有丰富的能级和4f电子跃迁的特性，使稀土成为发光宝库，为高技术领域特别是信息通讯领域提供了性能优越的发光材料和激光材料。稀土发光材料的优点是吸收能力强，转换率高，可发射从紫外到红外的光谱，在可见光区有很强的发射能力，且物理性能稳定。稀土发光材料广泛应用于计算机显示器、彩色电视显像管(简称“彩管”)、三基色节能灯及医疗设备等方面。
稀土发光材料的另一项重要应用是稀土三基色节能灯，稀土三基色节能灯因其高效节能而备受世界各国重视，我国稀土三基色节能灯产量已雄踞世界首位。随着大屏幕高清晰投影电视和稀土节能灯应用的发展，稀土发光材料需求量越来越大。此外，还有稀土上转换发光材料，广泛用于红外探测、军用夜视仪等方面。稀土长余辉荧光粉具有白天吸收阳光、夜晚自动发光的特点，用作铁路、公路标志，街道和建筑物标牌等夜间显示，既方便节能，又有装饰美化效果。
稀土是激光工作物质中很重要的元素，激光材料中大约90%都涉及稀土，在国际上已商品化的近50种激光材料中，稀土激光材料就占40种左右。在固体、液体和气体三类激光材料中，以稀土固体(晶体、玻璃、光纤等)激光材料应用最广。稀土激光材料广泛用于通信、信息储存、医疗、机械加工以及核聚变等方面。稀土晶体激光材料主要是含氧的化合物和含氟的化合物。
稀土玻璃激光材料是用Nd3+、Er3+、 Tm3+ 等三价稀土离子为激活剂，其种类比晶体少，易制造，灵活性比晶体大，可以根据需要制成不同形状和尺寸，缺点是热导率比晶体低，因此不能用于连续激光的操作和高重复率操作。稀土玻璃激光器输出脉冲能量大，输出功率高，可用于热核聚变研究，也可用于打孔、焊接等方面。稀土光纤激光材料在现代光纤通信的发展中起着重要的作用，掺饵光纤放大器已大量用于无需中间放大的光通信系统，使光纤 通信更加方便快捷。