CO2激光器具有超过25%的高插拔效率。输出是红外中9.3–11.0微米的一系列发射线，谱带中心在10微米左右。可以通过在气体混合物中使用介电光学器件和/或同位素混合物来过滤这些发射谱线，以增强某些谱线，从而更好地进行材料处理。例如，9.3微米对于聚合物加工更有效，而10.6微米对于陶瓷更好。它们具有很高的穿透深度（5–100微米或更大），并且加工是通过一级热过程进行的-材料/光子相互作用主要是通过振动激发进行的。除了CO2-TEA（横向激发大气）激光器外，这些激光器中的大多数都用于焦点加工模式，CO2-TEA激光器具有纵向电极放电，产生高阶多模光束，该光束在成像模式中比在焦点加工中使用得更好。