CO2激光是一种分子激光，主要采用CO2气体分子，波长一般为10.6um，属红外波段热激光。
常见的CO2激光器分为玻璃管CO2激光器和金属射频管CO2激光器两种玻璃管CO2激光器通常采用硬质玻璃材料制成，一般有三层结构，分为里中外三层腔体，最里层为放电管，中间是水冷层，最外层是储气层，放电管的长度跟功率有一定的关系，一般来说，输出功率越大，需要越长的放电管，即放电管与功率成正比关系，放电管在两端都开有小孔与储气管相通，工作的时候，CO2气体可在放电管与储气管中循环流通，使气体可以极时交换。
金属射频管CO2激光器采用封离型CO2激光器，所谓封离型CO2激光器,是指激光器的通光孔(即形成等离子体并产生激光的地方)和工作气体救密封在同一根管子里,它有别于输出功率较高的流动气体激光器系统，后者需要外加气罐，气泵和过滤器.Synrad公司的激光器首次采用了全金属结构.其激光管和电极都是用铝压制成形然后焊接而成的，这种结构设计具有制造成本低，长期稳定可靠，也是最早的金属管激光器。