Paviršiaus sustiprinta Ramano sklaida yra reiškinys, kai paprastai silpni šviesos signalai, susiję su Ramano sklaida, tampa daug galingesni ir lengviau aptinkami. Nors Ramano spektroskopija yra naudinga priemonė medžiagoje ar tirpale esančioms molekulėms identifikuoti, ją riboja tai, kad poveikis yra labai silpnas – paprastai tik vienas iš 108 gaunamų fotonų yra pažeidžiamas tokio pobūdžio sklaidos. Dėl padidinto Ramano sklaidos paviršiaus šis efektas labai sustiprinamas, paprastai nuo 103 iki 106, o kai kuriais atvejais iki 1015. Padidėjimas pasiekiamas, kai tiriamos molekulės liečiasi su arba yra labai arti jo. metalinis paviršius, kurio šiurkštumas yra 10-100 nanometrų (nm) skalėje. Sidabras, auksas ir varis duoda geriausius rezultatus ir dažniausiai naudojami nanodalelių pavidalu.
Manoma, kad efektas atsiranda, kai lazerio šviesa sukuria plazmonus metalo paviršiuje, naudojamą paviršiuje sustiprintai Ramano sklaidai pasiekti. Plazmonai yra elektromagnetinės bangos, kurios trumpą atstumą sklinda per metalo paviršių, kai metalo elektronų debesį stimuliuoja šviesa. Atrodo, kad nedideli nanodalelių paviršių nelygumai sutelkia poveikį, kuris dar labiau padidėja, kai nanodalelės yra išdėstytos klasteriuose. Atrodo, kad dėl susidariusio elektromagnetinio lauko arti esančios molekulės demonstruoja daug intensyvesnę Ramano sklaidą nei įprastai. Taip pat manoma, kad kai kuriais atvejais chemija gali atlikti tam tikrą vaidmenį, tačiau vis dar vyksta išsamaus paaiškinimo tyrimai.
Dėl šio efekto buvo sukurta paviršiaus sustiprinta Ramano spektroskopija (SERS), kuri labai išplėtė Ramano spektroskopijos taikymo sritį ir leidžia aptikti itin mažus įvairių medžiagų kiekius, nereikalaujant brangių instrumentų. Siekiant maksimaliai padidinti paviršiaus sustiprintą Ramano sklaidos efektą, tiriama medžiaga nusodinama ant tinkamų metalo nanodalelių, dažnai koloidų. Kaip ir naudojant tradicinę Ramano spektroskopiją, monochromatinis lazeris naudojamas reikiamai sklaidai sukurti. Prieš analizuojant išsklaidytą šviesą, intensyvesnis signalas dėl Rayleigh sklaidos išfiltruojamas, kad jis neužgožtų Ramano signalų.
Labai pagerintas paviršiaus padidinto Ramano sklaidos jautrumas leidžia naudoti šią techniką aptikti daugybę cheminių junginių pėdsakų. Todėl jis taikomas kriminalistikoje, aplinkos monitoringe ir medicinoje. Metalo nanodalelės gali būti įvestos į gyvas ląsteles, todėl galima naudoti SERS ląstelių biocheminiam aktyvumui tirti.