光学频率梳的产生于人们对更加准确的时间基准和在此基础上的高精密测量技术的追求。国际标准时间单位定义基于微波铯原子钟。其定义铯原子两个超精细能级间跃迁辐射9192631770次震荡所持续的时间为1秒。相比于微波原子钟，原子内对应于光学频率的跃迁可以作为比微波原子钟精度高出100倍的时间基准。由于光波段和微波段巨大的频率差，传统方法需要大量多级振荡器链接起光波段频率与铯原子钟来实现光波段精密测量。
基于锁模激光器的光学频率梳的出现使得仅使用单一系统既可快速简易的搭建起光学频率波段和微波频率波段之间的转换，使得微波时序信号得以直接从光学原子钟获取。
光学频率梳可简单理解为频率和相位稳定的锁模激光器。锁模激光器产生周期性的激光脉冲串。时间域内的周期性的激光脉冲序列转换到频率空间里，则可表示为包含了等间隔频率的光谱。该光谱的整体强度由激光秒冲的包络调节。
因而在频率域其类似一把光学尺子，最小刻度等于锁模激光的重复频率frep（周期的倒数。尺子起点与零频之间有一定的差值f0。这个差值由激光脉冲的载波和包络之间的相对相位来直接决定。因而，简单的描述光学频率可将其第N个频率VN表示为重复频率frep和f0之和：实际的锁模激光器的参数由于外界噪音干扰和激光本身功率不稳定等诸多因素是时刻在变化的。
通过对激光腔长和内部介质的色散负反馈调节可以稳定住frep和f0从而得到稳定的光学频率梳。其中对frep的测量相对容易可以直接通过光电器件完成，而f0的直接测量一直到光纤技术发展到足以通过超连续过程将光谱展宽一个倍频才得以实现。
光学频率梳的应用大致可划分为两类：第一类应用是以高精度测量为主，对光学频率梳各项技术要求极为苛刻，一般需要通过以原子钟为基准来完成，主要在实验室内完成。第二类应用主要是商业化应用，这类应用主要需要对变化的环境的稳健性要高，而对于光学频率梳的稳定性精确度要求降低。