Активне середовище CО2-лазера - суміш вуглекислого газу CO2, гелію He і азоту N2. Порушення суміші виконується різними видами електричного розряду в газах. Довжина хвилі випромінювання CО2-лазера - 10 мкм.
Газовий лазер являє собою скляну трубку, заповнену газовою сумішшю низького тиску.
Перед початком роботи проводиться підпал - молекули газу іонізуются високовольтним імпульсом.
Іони переводить в збуджений стан постійний електричний струм. Трубка поміщена між двома дзеркалами - повністю відображає і напівпрозорим, через яке виводиться лазерне випромінювання. Перший газовий лазер на суміші гелію і неону побудував в кінці 1960 американський фізик А. Джаван.
Через найменшої розбіжність променя CО2-лазери є найбільш універсальними, так як дозволяють розташовувати джерело випромінювання далеко від зони обробки без зниження якості лазерного променя. Особливо це впливає при обробці нерівних матеріалів. Ці лазери використовуються в основному для різання і гравіювання.
CО2-лазери придатні як для різання металів, так і неметалів, майже будь-яких. Не рекомендується використовувати лазерну різку тільки для ряду матеріалів зі складною структурою - ДСП, бакелітові фанери, граніти. Однак для різання металів потрібен досить високий рівень потужності (від 500 Вт), а для різання кольорових металів - 1000 і більше Ватт.
В даний час найбільш компактними та ефективними є так звані щілинні (slab) CО2-лазери з накачуванням високочастотним розрядом. Такі лазери, на відміну від інших вуглекислотних лазерів, забезпечують суперімпульсний режим випромінювання. Це означає, що світловий потік не безперервний, а складається з імпульсів з частотою 10-20 кГц, так що при середній потужності, наприклад, 500 Вт потужність в імпульсі складає 1000-1500 Вт. При різанні металів це дуже важливо, тому що зменшується ширина різу, поліпшується якість і знижується поріг початку різання.
Імпульсні лазери ріжуть з високою якістю не тільки сталь і титан, а й алюмінієві сплави. Можлива різка і сплавів на мідній основі, але тут ефективність дуже сильно залежить від хімічного складу.