激光加工是激光系統最常用的應用。根據激光束與材料相互作用的機理，大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學反應加工兩類。
激光熱加工是指利用激光束投射到材料表面產生的熱效應來完成加工過程，包括激光焊接、激光雕刻切割、表面改性、激光鐳射打標、激光鉆孔和微加工等；光化學反應加工是指激光束照射到物體，借助高密度激光高能光子引發或控制光化學反應的加工過程。包括光化學沉積、立體光刻、激光雕刻刻蝕等。
激光加工是利用光的能量經過透鏡聚焦后在焦點上達到很高的能量密度，靠光熱效應來加工的。激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小，可加工各種材料，用激光束對材料進行各種加工，如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。
某些具有亞穩態能級的物質，在外來光子的激發下會吸收光能，使處于高能級原子的數目大于低能級原子的數目——粒子數反轉，若有一束光照射，光子的能量等于這兩個能相對應的差，這時就會產生受激輻射，輸出大量的光能。