העיקרון והשיטה של ניקוי לייזר, הלייזר כוללת כיווניות גבוהה, מונוכרומטיות, קוהרנטיות גבוהה ובהירות גבוהה. באמצעות המיקוד והחלפת Q של העדשה, ניתן לרכז את האנרגיה לטווח מרחבי קטן וטווח זמן. בתהליך ניקוי הלייזר משתמשים בעיקר בתכונות הבאות של הלייזר:
1. הלייזר יכול להשיג ריכוז גבוה של אנרגיה בזמן ובמרחב. קרן הלייזר הממוקדת יכולה לייצר כמה אלפי מעלות או אפילו עשרות אלפי מעלות של טמפרטורה גבוהה בסמוך למוקד, כך שהלכלוך מיידית מתאדה, מתאדה או מתפרקת.
2. זווית הסטייה של קרן הלייזר קטנה וההכוונה טובה. על ידי מערכת הריכוז ניתן למקד את קרן הלייזר לנקודות בקטרים שונים. באותם תנאים של אנרגיית לייזר, שליטה על נקודת קרן הלייזר בקטרים שונים יכולה להתאים את צפיפות האנרגיה של הלייזר כדי לגרום ללכלוך להתפשט. כאשר כוח ההתפשטות של הלכלוך גדול מכוח הספיחה של הלכלוך על המצע, הלכלוך ישאיר את פני השטח של החפץ.
3. קרן הלייזר יכולה ליצור תהודה מכנית על ידי יצירת גלים קוליים על המשטח המוצק לשבירה ולנפילה מהלכלוך. טכנולוגיית ניקוי הלייזר מנצלת את המאפיינים של הלייזר לעיל כדי להשיג את מטרת הניקוי. על פי התכונות האופטיות של המצע שיש לנקות והלכלוך שיש להסיר, ניתן לחלק את מנגנון הניקוי של הלייזר לשתי קטגוריות: האחת היא להשתמש במצע ניקוי (נקרא גם אם) ומצמד משטח (לכלוך) כדי אורך גל מסוים של לייזר. במקדם הספיגה של האנרגיה יש הבדל גדול. מרבית אנרגיית הלייזר המוקרנת לפני השטח נספגת על ידי מרבצי השטח, המתאדים על ידי חום או אידוי, או מתרחבת באופן מיידי, ומונעת על ידי זרימת האוויר הנוצרת להיפרד משטח העצם למטרות ניקוי. המצע אינו סובל מנזק בגלל ספיגת האנרגיה המינימלית של אור הלייזר באורך גל זה. לניקוי לייזר שכזה, בחירת אורך הגל המתאים ושליטה על אנרגיית הלייזר היא המפתח לניקוי בטוח ויעיל. סוג אחר של שיטת ניקוי הוא שמקדם הספיגה של אנרגיית הלייזר של מצע הניקוי וההתקשרות על פני השטח אינו שונה בהרבה, או שהמצע רגיש לאדים החומציים הנוצרים מחום הציפוי, או שנוצר החומר הרעיל לאחר הציפוי מחומם. סוג זה של שיטה משתמש בדרך כלל בלייזר פועמס בעל כוח גבוה וחוזר גבוה, כדי להשפיע על המשטח שמנקה, והופך חלק מהקרן לגלי קול. לאחר שגל הקול פוגע במשטח הקשיח התחתון, החלק המוחזר מפריע לגל האקוסטי המקרי שנוצר על ידי הלייזר, מייצר גל אנרגיה גבוהה, גורם לפיצוץ בקנה מידה קטן של הציפוי, הציפוי נלחץ לאבקה, ואז מוסר על ידי משאבת הוואקום, והמצע הבסיסי זה לא ייפגע.
