CO2激光器通過10.6米激光波長的CO2分子的振動能和旋轉能之間的躍遷產生激光。使用氣體放電泵將能量注入CO2氣體分子的方法，使放電管中的CO2分子達到反向分布狀態：將直流電壓的兩個輸出端連接到放電管的兩個電極上。 如果沒有施加電壓或電壓很低，兩個電極之間的氣體完全隔離，內阻為無窮大，沒有電流流過；隨著電壓的增加，帶電粒子開始在氣體中移動，氣體的內阻開始降低。當達到一定的電壓值時，內阻急劇下降，電流迅速增加，氣體被擊穿，放電開始。這個電壓值被稱為點火電壓；放電管中的氣體斷開并放電后，電流增加，氣體中的載流容量增加，激光放電管的內阻降低，并進一步導致電流增加。 重復此過程，排放管會產生負阻力效應。為了確保放電能在放電管的電流-電壓特性線上的某一點穩定工作，在放電筒的電源電路中采取了限流措施。 當放電管放電時，混合氣體中的N2分子與電子碰撞以獲得電子能量并被激發，而當N2分子與CO2分子碰撞時，從電子獲得的能量轉移到CO2分子，從而激發CO2分子，這有利于激光的產生；管中的He氣體具有冷卻作用，可以防止CO2氣體的溫度上升，同時降低激光器的較低能級，提高激光器的效率。