二氧化碳激光于1964年*运用其波长为10.6μm。因为这是一种非常有效率的激光，作为商业模型来说其转换效率达到10%，所以二氧化碳激光广泛用于激光切割，焊接，钻孔和表面处理。作为商业应用激光可达数千瓦，这是目前的物质处理激光。
与其它分子激光器相同，CO2激光器工作原理其受激起射进程也较凌乱。分子有三种不相同的运动，即分子里电子的运动，其运动抉择了分子的电子能态；二是分子里的原子振动，即分子里原子盘绕其平衡位置不停地作周期性振动——并抉择于分子的振动能态；三是分子翻滚，即分子为全体在空间接连地旋转，分子的这种运动抉择了分子的翻滚能态。分子运动凌乱，因此能级也很凌乱。
CO2分子为线性对称分子，两个氧原子分别在碳原子的两头，所表明的是原子的平衡位置。分子里的各原子一向运动着，要绕其平衡位置不停地振动。依据分子振动理论，CO2有三种不相同的振动办法：
①二个氧原子沿分子轴，向相反方向振动，即两个氧在振动中一起抵达振动的大值和平衡值，而此刻分子中的碳原子静止不动，因此其振动被叫做对称振动。
②两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动，且振动方向相同，而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。因为三个原子的振动是同步的，又称为变形振动。
③三个原子沿对称轴振动，其间碳原子的振动方向与两个氧原子相反，又叫反对称振动能。在这三种不相同的振动办法中，判定了有不相同组别的能级。
CO2激光器的优点
1、它有比较大的功率和比较高的能量转换效率。
一般的闭管二氧化碳激光器可有几十瓦的连续输出功率，这远远超过了其他的气体激光器，横向流动式的电激励二氧化碳激光器则可有几十万瓦的连续输出。此外横向大气压二氧化碳激光器，从脉冲输出的能量和功率上也都达到了较高水平，可与固体激光器媲美。二氧化碳激光器的能量转换效率可达30～40%，这也超过了一般的气体激光器。
2、利用CO2分子的振动-转动能级间的跃迁的，有比较丰富的谱线，在10微米附近有几十条谱线的激光输出。近年来发现的高气压二氧化碳激光器，甚至可做到从9～10微米间连续可调谐的输出。
3、它的输出波段正好是大气窗口，即大气对这个波长的透过率较高。并具有输出光束的光学质量高，相干性好，线宽窄，工作稳定。
4、具有较好的方向性、单色性和较好的频率稳定性。而气体的密度小，不易得到高的激起粒子浓度，因而，CO2气体激光器输出的能量密度通常比固体激光器小。
CO2激光器的缺点
CO2激光器的变换功率是很高的，但高也不会超越 40％，这就是说，将有 60％以上的能量变换为气体的热能，使温度增加。而气体温度的增加，将致使激光上能级的消激起和激光下能级的热激起，这都会使粒子的反转数削减。并且，气体温度的增加，将使谱线展宽，致使增益系数降低。特别是，气体温度的增加，还将致使 CO2 分子的分解，降低放电管内的 CO2 分子浓度。这些要素都会使激光器的输出功率降低，乃至发生“温度猝灭”。