Die Gitteratome führen auf Grund ihrer thermischen Energie Schwingungen um ihre Gleichgewichtslage aus. Da die Atome im Kristallgitter stark gekoppelt sind, ist eine individuelle Bewegung eines Atoms, das heißt, eine Bewegung in unkorrelierter Phase zu den Nachbaratomen, nicht möglich. Vielmehr treten kollektive Schwingungszustände auf, in denen sich die oszillierenden Auslenkungen der Atome wellenartig ausbreiten. Ein wichtiges Charakteristikum eines Schwingungsmodus ist die relative Bewegung der Atome zueinander. Schwingen zwei benachbarte Atome in Gegenphase, spricht man von einem optischen Modus; schwingen sie hingegen in annähernd gleicher Phase, wobei sich die Phase über atomare Abstände nur geringfügig ändern soll, so wird dieser Modus als akustisch bezeichnet.
Bei longitudinalen Schwingungsmoden weisen die Auslenkungen der Gitteratome dieselbe Richtung auf wie die Ausbreitungsrichtung der Welle. Entsprechend werden Moden, in denen die Schwingungen orthogonal zur Ausbreitungsrichtung stattfinden, als transversal bezeichnet.
Das Verhalten aller Moden wird durch Phononen-Dispersionskurven beschrieben,
die ebenso wie die Elektronen-Dispersionskurven periodisch sind. Daher genügt
eine reduzierte Darstellung von 
in der ersten Brillouinzone.
Da sich in der Elementarzelle von Silizium zwei Atome befinden, besteht die Dispersionsrelation aus drei akustischen und drei optischen Ästen [54], wobei sich die jeweils drei Äste aus einem longitudinalen und zwei transversalen Moden zusammensetzen. Es sind also ein longitudinaler (LA) und zwei transversale (TA) akustische Äste, weiters ein longitudinaler (LO) und zwei transversale (TO) optische Äste vorhanden.
Ein akustischer Ast kann für kleine Wellenvektoren in guter Näherung durch eine Gerade durch den Ursprung approximiert werden,
Darin bedeutet 
die Schallgeschwindigkeit.
Die Dispersionsrelation eines optischen Schwingungszustandes ändert sich nur
wenig mit dem Wellenvektor. In dem für die Streuung von Elektronen
interessanten
Bereich kann ein optischer Ast hinreichend genau durch eine Konstante
angenähert werden,
Die Energie einer Gitterschwingung ist quantisiert, das Energiequant wird als Phonon bezeichnet. Die Energie eines elastischen Schwingungszustandes beträgt
worin 
die ganzzahlige Quantenzahl des Zustandes ist.
Da ein Schwingungsmodus mit Elektronen Energie in Einheiten von
austauschen kann, wird sich ein zeitlicher Mittelwert
der Energie einstellen. Dieser beträgt im thermodynamischen Gleichgewicht
mit
Dabei ist 
ist die mittlere Phononen-Besetzungszahl, die der
der Bose-Einstein-Statistik gehorcht.
