熱作用
雷射對生物體的熱作用主要通過兩種途徑實現：一種是碰撞生熱，生物體吸收可見和紫外雷射後，受激的生物分子可能將其獲得的光能，通過多次碰撞轉移為鄰近分子的平動能、振動能和轉動能，使受照體溫度升高。另一種是吸收生熱，生物體吸收紅外光後，光能轉變成生物分子的振動能和轉動能，使溫度升高。生物組織的紅外吸收區主要在2.8μm-6.3μm。
熱效應的強弱與雷射的功率密度、照射面積和照射時間有密切的關係，也與生物組織對光的吸收率、比熱、熱導率有關係。
光化效應
生物光化效應是指在光的作用下產生的的生物化學反應。生命物質之所以能夠活動、生長、複製、發育、修補、繁殖，生化作用起著決定性作用。光的作用是使某些生物化學反應在生物溫度下以相當的速率進行。與普通光源相比，雷射可使光化反應更方便、易控、有效和廣泛。光化反應的全過程大致可分為兩個階段：原初光化反應和繼發光化反應。當一個處於基態但又不返回其原來分子能量狀態的弛豫過程中，多出來的能量消耗在它自身的化學鍵斷裂或形成新建上，發生了一個化學反應，即為原初光化反應。在原初光化反應過程中形成的產物中，大多數是具有高度化學活性的中間產物，如自由基、離子、或其他不穩定的產物。這些不穩定的產物繼續進行化學反應，直至形成穩定的產物，這種光化反應稱為繼發光化反應。光化反應的實例有光合作用、光敏化作用、視覺作用等。
機械效應
雷射生物機械效應是指當生物組織吸收雷射能量時，如果能量密度超過某一確定閥值時，就會產生氣化並伴有機械波，若能量密度低於該閥值，就只會產生機械波。光不僅具有波動性，還具有粒子性，即光子有質量有動量，因而光子撞擊物體時必然會給受照處施以壓力，即光壓。雷射是高強度光源，它對生物體可產生一次壓力和二次壓力，輻射壓強為一次壓力，熱膨脹壓強、聲波和蒸發壓強、電致伸縮壓強為二次壓力。
電磁場效應
雷射是電磁波，而生物體作為介質具有電導和電容，在雷射電場作用下會發生一些變化，如電致伸縮、受激布里淵散射、受激拉曼散射等。雷射作用於生物體組織引發生物組織變化稱之為雷射生物電磁場效應。
刺激效應
當雷射照射生物組織時，不是對生物組織直接造成不可逆性的損傷，而只是產生某種與超音波、針刺、針灸和熱的物理因子所獲得的與生物刺激作用相類似的效應，成為雷射生物刺激效應。這種生物效應是低功率雷射作用的結果，無法用前述的作用來解釋。我們把產生生物刺激效應的雷射叫做“弱雷射”。當用弱雷射照射生物體時，雷射是一種刺激源。生物體對這種刺激的應答反應可能是興奮，也可能是抑制。目前已知弱雷射照射可以影響機體的免疫功能，對神經組織和功能有刺激作用，還可以引起生物機體內一系列其他的生物效應，對某些疾病有一定的防治效果。
雷射的生物效應可作用於生物體不同層次：①超短脈衝雷射作用於蛋白質可引發光生化反應，改變酶的活性、定向催化而不損傷活細胞；②氬離子雷射可損傷染色體，紅寶石雷射會抑制DNA表達；前蘇聯學者Н.Ф.Гамалея提出弱雷射可調節蛋白質合成；③雷射可引起膠凝，破壞細胞核，損傷線粒體；而前蘇聯學者А.А.Профончуков提出，氦氖雷射被膜受體吸收後可使細胞光致敏化，產生活化效應，提高蛋白質合成系統活性，增加有絲分裂；④氦氖雷射和脈衝紅寶石雷射對某些細菌生長有影響：能量小時有促進作用，能量大時有抑制作用；⑤紅寶石雷射弱強度照射可提高白細胞噬菌功能，CO2雷射輻照腰間穴位使細胞數增加等。
雷射的生物效應及其機理有待研究。目前已套用醫學的有雷射治療腫瘤、治療眼疾病、治療動脈血栓、血管成形、雷射吻合術、雷射外科整形等。
