Při interakci laserového svazku vhodné intenzity a vlnové délky dochází obecně k absorpci na povrchu a k následnému odpaření materiálu. K dosažení optimálního čisticího efektu je důležité použití takové intenzity (a dalších vhodných hodnot parametrů) laseru, při které dochází k odpaření znečišťujícího materiálu, ale zároveň nedochází k poškození povrchu čištěného materiálu.
V případě adsorbovaných organických nečistot (oleje, tuky) způsobuje laserové záření přímo nebo nepřímo přerušení vazeb mezi adsorbátem a povrchem a následné oddělení nečistot od povrchu. Při použití laseru s vhodnou energií a vlnovou délkou (většinou UV) dochází přednostně k přerušení vazeb mezi nečistotami a povrchem před absorpcí světla povrchem materiálu. Použitím laseru s vlnovou délkou ve viditelné nebo IR oblasti je mechanizmus desorpce odlišný. Po absorpci světla dochází k zahřátí materiálu a lokální zvýšení teploty vede k oddělení a odpuzení adsorbovaných částic. Výběr vlnové délky použitého laseru nebo kombinace použitých laserů v závislosti na vlastnostech odstraňovaných nečistot je důležitý k dosažení co nejvyššího čisticího efektu. Po optimalizaci parametrů čištění (5 pulzů 193nm laserem, 107 W.cm-2 + 5 pulzů 532nm laserem, 108 W.cm-2) je dosaženo 90% odstranění organických nečistot a 75% odstranění Fe částic ze znečištěné oceli.
Při laserovém čištění povrchu materiálů od barev a jiných vrstev (např. polymerů) způsobuje energie dodaná laserem pravděpodobně také odpaření vrstvy polymeru. Pro tento účel je zejména vhodný TEA-CO2 laser (?=10.6 ?m). Při uvedené vlnové délce dochází k absorpci dopadajícího světla vazbami v organických látkách (C-C, C-O) a po odstranění nátěru je dopadající světlo povrchem kovu odráženo a nedochází tak k poškození jeho povrchu.
Mechanismus odstranění vrstvy oxidu z povrchu materiálu závisí většinou na optických vlastnostech systému oxid kovu/kov s ohledem na použitou vlnovou délku použitého laseru. Lze předpokládat dva případy: silně absorbující nebo slabě absorbující vrstva oxidu.
V prvním případě je většina energie laserového pulzu absorbována vrstvou oxidu, dochází k jejímu lokálnímu zahřátí (může dojít i k částečnému nebo úplnému tavení a následnému tuhnutí). Při vhodné energii laseru dochází v důsledku tepelné roztažnosti oxidu ke vzniku trhlin na hranicích osvětlené plochy a na rozhraní oxid/ kov. První pulz způsobuje tvorbu trhlin ve vrstvě oxidu ve směru kolmém k rozhraní. Další pulzy způsobují šíření trhlin ve směru rozhraní oxid/kov. Po čtvrtém pulzu jsou vlivem tepelné roztažnosti částečně oddělené fragmenty odpuzovány od povrchu kovu. Proces fragmentace a následného odtržení fragmentů z povrchu materiálu je závislý na mnoha parametrech (tloušťka vrstvy oxidu, koeficient tepelné roztažnosti, Youngův modul atd.).
Ve druhém případě je většina energie laserového pulzu v několika nanosekundách absorbována na rozhraní oxid/kov. Absorpce vede ke vzniku akustického pulzu vysoké intenzity. Akustický pulz se šíří oběma směry, přičemž odrazem na rozhraní oxid/vzduch se tlaková vlna pulzu mění na tahovou. Při zpětném dopadu akustického pulzu na rozhraní oxid/kov dochází ve vrstvě oxidu k vzniku trhlin, které se mohou šířit po rozhraní a způsobit fragmentaci a odtržení vrstvy oxidu od kovu. V tomto případě hraje vrstva oxidu roli média, ve kterém může také dojít ke zvýšení amplitudy akustické vlny. Také v tomto případě může při absorpci docházet k lokálnímu zahřátí na rozhraní kov/oxid a v důsledku rozdílných tepelných roztažností kovu a oxidu k tvorbě trhlin, které se po rozhraní kov/oxid šíří a způsobují oddělení částí oxidu.