与普通光源不同，激光有以下物理特性：
由于谐振腔对光振荡方向的限制，激光器只能沿腔轴线方向放大受激辐射振荡，因而激光器具有很强的方向性，因此激光器可以将光束平行扩散到很远的距离，而仍能保证足够的强度。
可见光引起视觉颜色的波长范围，即光谱线宽，是衡量光源单色性的一个指标，光谱线宽越窄，单色性越好。自然光的波长范围很广，例如太阳光经三棱镜分光后，可见多种颜色组成的光谱带。激光是由原子受激辐射产生的，光谱线极窄，因此单色性好。
相干性分为时间相干性和空间相干性。时间相干性描述的是光束传播方向上各点的相位关系，与光源的单色性有关。激光的谱线宽度很窄，单色性高，故具有很高的时间相干性。空间相干性描述的是垂直于光束传播方向的波面上各点之间的相位关系，指光场中同一时刻不同空间点的相干性，与其方向性密切相关。激光的高方向性决定了它具有很高的空间相干性。激光是一种相干光，每个光子的运动频率、相位、偏振态和传播方向都相同，单模激光可以完全相干。
光源的单色亮度是指光源在单位面积、单位频带宽、单位立体角内发射的光功率。激光的高方向性、单色性等特性使其能量在空间和时间上具有较好的聚焦性，因此具有极高的单色方向亮度。
激光作用于生物组织时，产生热、压力、光化场和电磁场等，称为激光的生物效应。激光的波长、强度以及生物组织受照射部位对激光的反射、吸收和导热特性等因素均对其生物效应产生影响。目前认为，激光的生物效应主要体现在以下几个方面：热效应、光效应、电磁场效应、压力和冲击波效应。
1、热效应：激光的本质是电磁波，如果其传播的频率与组织分子的振动频率相等或相近，其振动就会加强，这种分子振动就是产生热量的机理，所以又称热振动。在一定条件下，作用于组织的激光能量大部分转化为热能，所以热效应是激光作用于组织的一个重要因素。
分子热运动的波长主要表现在红外波段附近，因此二氧化碳激光器输出的红外激光对组织有很强的热作用，当一定种类和功率的激光照射生物组织时，在几毫秒的时间内就能产生200~1000℃以上的高温，这是因为激光特别是聚焦激光能把极大的能量集中在微小的光束中，例如几十焦耳的红宝石激光聚焦在组织微区，在几毫秒的时间内就能使该区域产生数百摄氏度的高温，破坏该区域内的蛋白质，造成灼伤或汽化，而普通的几十焦耳的光根本就没有这样的作用。另外，还发现当停止照射时，激光引起的温升下降的速度比任何方法引起的温升都要慢，例如红宝石激光引起的温升降到原来的常温需要几十焦耳的时间。
2、光效应生物组织具有一定的着色性，能选择性地吸收300~1000nm光谱。生物体内的色素有黑色素、类黑素、血红蛋白、胡萝卜素、铁等，其中黑色素对激光能量的吸收最大。还原血红蛋白在556nm处有明显的吸收带，氧合血红蛋白在415nm、542nm、575nm处有明显的吸收带，胡萝卜素在480nm处有吸收带。黑色素和类黑素在400~450nm波段的吸收最强。无论是正常细胞还是肿瘤细胞，在细胞质内及细胞间都存在着许多黑色素颗粒，它们吸收激光能量，使能量在色素颗粒上聚集，成为热源，能量经传导、扩散到周围，对周围组织细胞造成损伤。
组织细胞成分对激光的透明度是相对的，例如Lowndes等证明还原型烟酰胺腺嘌呤核酸对波长694.3nm的红宝石激光是透明的，但能吸收波长330~350nm的紫外光。红宝石激光束作用于原型烟酰胺腺嘌呤核酸的浓溶液时，就会发生吸收。生物大分子在可见光谱中具有宽而强的吸收带，因此强激光辐射与生物物质作用时，有一定几率发生多光子吸收。生物分子吸收光子后可被激发，能量要么转化为热能，要么部分以磷光或荧光的形式重新辐射出去，或者用来加速化学反应。
激光对活组织的光效应，除与激光本身的各种性质有关外，组织的着色程度或感光细胞（色素）的种类也起着重要作用。互补色或近互补色的效应最为明显。不同颜色的皮肤、不同颜色的器官或组织结构，对激光的吸收可能存在明显差异。组织对不同波长的激光的透过率和吸收率越大，其相应的光效应就越明显。组织吸收激光量子后，可产生光化学反应、光电效应、电子跃迁、其他波长的激发辐射（如荧光）、热能、自由基以及细胞的超微发光等，引起组织分解和电离，最终影响受照射组织的结构和功能，甚至造成损伤。
3、电磁场效应在一般强度的激光作用下，电磁场效应不明显；只有当激光强度极高时，电磁场效应才更为明显。激光聚焦后，当焦点处光能密度达106W/cm2时，相当于电场强度为105V/cm'。电磁场效应能引起或改变生物组织中分子、原子的量子化运动，能使体内原子、分子、分子团产生激发、振荡、热效应、电离，能催化生化反应，产生自由基，破坏细胞，改变组织的电化学性质等。
激光照射后会引起哪些反应，与激光照射的频率和剂量有重要关系。例如，只有当电场强度高于1010V/cm时，才能形成自由基。激光可以用电子自旋共振来测量
光束照射黑皮肤、黑色素瘤等组织时产生的自由基。由于激光的特殊性质，激光技术在生物研究和医学应用方面有诸多应用。例如，利用闪光光解和拉曼光谱研究快速的生物反应过程和复杂分子的结构，在手术过程中利用激光刀切割组织、凝固小血管和神经等。
4、压力与冲击波效应普通光的光压力可以忽略不计，但当聚焦激光束焦点处的能量密度达到10MW/cm'时，压力就会有4kPa左右，对生物组织造成相当大的一次压力。当激光束聚焦到0.2mm以下的光斑时，压力可达20kPa；用107W巨脉冲红宝石激光照射人体或动物皮肤标本时，测得实际产生的压力为17.58MPa。
当激光束照射到活组织时，由于单位面积上的压力很大，活组织表面的压力就传递到组织内部，即照射到组织上的激光能量有一部分变成机械压缩波，出现压力梯度。如果激光束的压力大到足以使照射组织表面的粒子蒸发，活组织粒子就会被弹射出来，在弹射粒子运动的相反方向上引起机械脉冲波（反向冲击波）——冲击波。这种冲击波可以使活组织逐层弹射出不同数量的粒子，最后形成一个圆锥形的“陨石坑”状空腔。
除了上述强辐射压引起的反冲压力形成的冲击波外，组织热膨胀也可能产生冲击波。由于温度在短时间内（毫秒级或更短）急剧上升，瞬间释放的热量来不及扩散，导致机体热膨胀加速。例如，用60%红宝石激光照射小鼠腹壁，几毫秒内腹壁就形成一个半圆形凸起，这是机体在受照射的皮下组织中爆发性的热膨胀。机体热膨胀在组织中形成的压力和反冲压力，可产生向其它部位传播的弹性波，它们最初形成超声波，因减速而逐渐变成声波，然后以亚声波的形式变成机械波，最后停止传播。在组织微腔液层中，超声波在传播的同时可发生空化现象。空化累积可引起明显的组织塌陷，有时还可产生很大的压缩冲击波，这一系列反应均可造成损伤。激光热效应的范围十分有限，而压力效应引起的组织损伤可波及到照射区较远的部位。例如用红宝石激光照射小鼠头部时发现，头皮轻微损伤，颅骨及脑硬膜未受损伤，但脑组织本身出现大面积出血，甚至死亡。强激光束引起的极强电场中组织产生的电致伸缩现象，也能产生冲击波等弹性波。
