Důsledkem prostorové a časové koherence laserového záření je koncentrace výkonu, resp. energie, kterou lze optickými soustavami získat. Čočkou nebo soustavou zrcadel lze laserový svazek v jejich ohnisku fokusovat na průměr blížící se vlnové délce. Velmi vysoké hustoty výkonu, které laser může vytvořit jsou ekvivalentní tepelným zdrojům s teplotou nad 20000° C. To umožňuje řezat ocelové desky až 20 mm tlusté kontinuálním laserem CO2 s výkonem 6 kW při rychlostí 1 m za minutu , nebo vrtání děr a také laserové svařování běžné oceli až do tloušťky 12 mm. U laserového svařování ocelí jsou zbytkové deformace 3 až 5 krát menší než u obloukového svařování. Charakteristické je zmenšení šířky zóny plastických deformací ve srovnání s obloukovým svařováním, což vede k významnému snížení pnutí. Laserové svařování lze tak považovat za přesnou výrobní operaci, která může být považována za konečnou a nepotřebuje následné odstranění zbytkových deformací nebo mechanického opracování svárů.
Uvedené aplikace laseru – vrtání, řezání a svařování - představují objemové procesy. Velmi atraktivní jsou však procesy úpravy povrchů, které mohou být bez natavení povrchu, jako je žíhání a kalení, resp. transformační vytvrzování. S natavením povrchu se provádí povrchové legování, opatřování povlaky (povlakování), zpevňování povrchu disperzními částicemi, zjemňování zrna, amorfizace a kalení z kapalného stavu. S natavením povrchu se také provádí zpracování šoky, resp. rázy, spočívajícími v tlakovém účinku vypařeného plynného media nad povrchem kovu. Působením krátkých pulsů s vysokou hustotou energie vznikají v povrchové vrstvě materiálu tlaková zbytková pnutí, které významně zlepšují zejména únavové vlastnosti materiálu tím, že omezují vznik a rozvoj povrchových trhlin.
Optický ohřev laserem je bezkontaktní. Do ohřívaného materiálu se nedostávají žádné nečistoty ani nežádoucí příměsi. Může se provádět ve vakuu nebo v inertní atmosféře. Pomocí vhodných optických prvků je proveditelný i v místech nedostupných pro jiné způsoby ohřevu. Fokusací záření laseru je možné jeho účinek omezit na velmi malou plochu a také omezit na výjimečně krátkou dobu. Tím lze v prostoru vymezit jeho tepelné účinky, zejména jen na malou hloubku pod povrchem. Pomocí optických soustav lze také svazek laseru vymezit na plochu s požadovanou velikostí nebo ho rozdělit na několik svazků a ty přivádět na různá místa. Mechanickými prostředky je možné zařídit vzájemný pohyb laserového svazku a opracovávaného povrchu.
Účinek laseru lze při optickém ohřevu velmi jemně a velmi přesně dávkovat. Posloupnost jednotlivých operací lze relativně snadno naprogramovat a celý cyklus zautomatizovat. To je podstatné pro hromadnou sériovou výrobu, kde výjimečná reprodukovatelnost podstatně snižuje zmetkovitost. Podle toho jakou strukturu povrchu, resp. jaké vlastnosti povrchu požadujeme, je možné zvolit režim opracování, t. j. zejména hustotu výkonu, dobu působení laserového záření na povrch a dobu relaxace. Tím lze naprogramovat účinek laseru a dosáhnout tak zcela určitého způsobu opracování povrchu.
Ideální konstrukční materiál by měl mít velkou houževnatost při velké povrchové tvrdosti. Houževnatosti se dosahuje popouštěním, tedy pomalým ochlazováním po ohřevu, tvrdosti naopak rychlým ochlazením. Při klasickém kalení s rychlým ochlazením však bohužel roste křehkost jádra materiálu, a proto je použití laseru ke zvýšení tvrdosti povrchu velmi výhodné. Laserovým svazkem se zakalí jen tenká povrchová vrstva bez prohřátí a změn vlastností jádra materiálu, které si ponechá svou houževnatost. Podstatným rozdílem laserového kalení od klasického je to, že laserové kalení může probíhat i s natavením povrchu. Při laserovém kalení bez natavení povrchu probíhají strukturně-fázové transformace v pevném stavu, t.j. transformační vytvrzování. Výhodou laserového opracování je, že umožňuje vytvořit amorfní strukturu přímo na povrchu masivních součástí z kovových slitin. Bylo však zjištěno, že při laserové amorfizaci povrchu jsou nutné vyšší ochlazovací rychlosti než při dosavadním ochlazování mezi rotujícími válci.
Zřejmě největší počet prací o laserovém legování povrchů se týká technického železa a ocelí. Jako legující materiál byly použity prášky grafitu, wolframu a některých tvrdých slitin. Dále byly použity Ni, Mo, Ti, Ta, Nb, V, Cr, Co a další prvky. Legující materiály se nanášely na povrch ve formě prášků nebo pasty, případně přiložením folie, galvanickým, nebo elektrojiskrovým procesem. Velmi rozšířeným se stalo laserové povrchové legování málo legovaných ocelí chromem s cílem získat vysoce legované povrchové vrstvy korozivzdorné a odolné proti opotřebení.
Snad nejvíce rozšířeným způsobem k získání pokrytí resp. povlaků pomocí laseru je laserové povlakování. K tomu se používají jako materiál povlaků různé slitiny na bázi kobaltu nebo niklu, nebo různé kompozice těžko tavitelných karbidů nebo boridů a další materiály s cílem vytvořit povrch odolný proti opotřebení. Zmíněné materiály se často předem připraví na opracovávaný povrch ve formě prášku nebo pasty. K nanesení povlakových materiálů se někdy používá plazmový nástřik a následné laserové natavení pak zlepšuje povrch tím, že odstraňuje póry a trhliny a zjemňuje jeho strukturu.