一類利用化學反應釋放的能量來實現工作粒子數佈居反轉（簡稱粒子數反轉）的雷射器。化學反應產生的原子或分子往往處於激發態，在特殊情況下，可能會有足夠數量的原子或分子被激發到某個特定的能級，形成粒子數反轉，以致出現受激發射而引起光放大作用。
引發技術 產生化學鐳射的化學反應一般為放熱的原子交換反應：A＋BC
AB
*＋C。為使上述化學反應能迅速地進行，必須有大量的自由原子A來引發反應，產生自由原子 A的方法就稱為引發技術。以產生氟原子的引發技術為例，就有紫外線引發、電子引發、熱引發、化學反應引發等；前三種引發方式都需要外部能源。化學反應引發方式不需要外部能源，故又稱純化學激光器。
引發技術
運轉類型 1964年G.C.皮門塔爾等首先實現碘和氯化氫化學激光，80年代已發展按下列各種類型運轉的化學激光。
光解離型 這類體系（例如CF3I或C3F7I）主要靠外界紫外線提供能量，被激勵為激發態分子(CF3I*或C3F7I*)，然後通過它本身的單分子解離反應，獲得激發態I*原子，並且實現粒子數反轉而產生激光。
原子態激勵型 為瞭保證化學激勵進行得足夠快，使之不落後於碰撞弛豫過程，必須利用自由原子（或自由基）參加的元反應作為激光泵反應，這是此類體系的主要特點。它依靠外界電、光、熱等能源（例如電弧加熱、閃光光解、橫向放電或電子束引發）得到所需要的自由原子（氟、氫、氯或氧）；然後，這些自由原子與第二種分子反應物（例如氫、氟、二硫化碳或臭氧）發生元反應，獲得反應產物的粒子數反轉而產生激光。
純化學型 這種運轉方式要比上述的原子態激勵型更為先進和實用。其特點是不需要外界各種能源，完全靠體系本身的化學反應自由能（見吉佈斯函數）來得到所需要的自由原子。例如用NO＋F2或D2＋F2燃燒解離來得到氟原子。然後，氟原子與氫分子(或氘分子)反應，獲得激發態的HF*(或DF*)的粒子數反轉而產生激光。CS2＋O2燃燒體系也屬此類。
傳能轉移型 這類體系〔例如DF-CO2或 O2(a′Δ)-I〕的特點是化學反應產生的激發態粒子〔DF 或 O2(a′Δ)〕通過共振傳能過程，將所儲能量轉移給激光工作粒子二氧化碳或碘原子實現反轉而產生激光，O2(a′Δ)為電子激發態氧。
原子態激勵型和傳能轉移型可以連續波或脈沖方式工作；光解離型以脈沖方式工作；純化學型以連續波方式工作。
反轉方式 化學激光器通過化學反應來實現粒子數的反轉，而且有不同的反轉方式，在反應初始階段往往出現全反轉分佈，即反應產生的分子產物的高振動能級的分子數Nv+1比低振動能級的分子數Nv多，即振動能級之間存在粒子數反轉狀態。此時激光腔內P支(ΔJ＝-1)、Q支(ΔJ＝0)、R支(ΔJ＝+1)輻射躍遷，都可能產生激光。隨著分子間相互碰撞交換能量以及級聯輻射躍遷，這種全反轉分佈會逐步過渡到部分反轉分佈，直至最後反轉完全消失。此外，還有些反應甚至一開始就產生部分反轉分佈。其意義在於，即使高振動能級的分子數Nv+1比低振動能級的分子數Nv少，振動能級之間可以不存在粒子數反轉，但其中某些振動－轉動能級之間的分子數，仍然存在著(Nv+1，J/gJ)＞(Nv，J+1/gJ+1)的關系(J為轉動能級的量子數；g為能級簡並度)，即局部振轉能級之間依舊存在著粒子數反轉狀態。此時激光腔內隻能以P支躍遷發射激光，增益也不如全反轉為高。反應過程所以能出現這種部分反轉現象，是由於振動自由度的弛豫速率遠比轉動自由度為慢，兩者之間未能及時建立平衡，振動溫度往往遠高於轉動溫度；Nv+1比起Nv又少不瞭多少，因而 P支反轉就有可能發生。這是氣體或化學分子激光中粒子數反轉的一種特殊情況。氟化氫和一氧化碳化學激光體系就是按上述的反轉方式發射激光的。除振動－轉動能級外，某些分子的電子-振動能級也可能產生部分反轉現象。
器件類型 按躍遷機理，化學激光器可分為三種。
純轉動化學激光器 它是利用分子的同一振動能級中的轉動能級間的粒子數反轉，把轉動能變成相幹輻射能的一類化學激光器。這種化學激光的輸出波長大於10微米，最長可達數百微米。雖然在化學激光研究的早期(1967)即已被發現，但受到重視則是70年代末。現在已發現的能夠產生純轉動化學激光的雙原子物有HF(DF)、HCI(DC1)、HO(DO)、HN。目前流行的看法認為在轉動能級間形成的粒子數反轉主要是由上振動能級到下振動能級之間的傳能造成的。已發現某些惰性氣體原子或雙原子分子特別有利於這種傳能，從而有利於實現純轉動化學激光。純轉動化學激光有可能用作激光分離同位素的選擇性激發能源。此外轉動化學激光的研究還可以提供傳能的信息。
振轉躍遷化學激光器 是利用元反應的分子產物或自由基產物的振動- 轉動能級上的粒子數反轉，把反應釋放的能量轉化成為相幹輻射能的一類化學激光器。它是最早發現的一類化學激光器，迄今為止在化學激光中仍占有最重要的地位。已發現的激射物有 HF(DF)、HC1(DC1)、HBr(DBr)、HO(DO)、HCN、NO、CO、H2O、CO2等。這種激光的輸出波長主要是在2～10微米之間。抽運反應有以下幾種類型：①在雙分子反應中有利用氫原子提取分子中的鹵素原子或利用鹵素原子提取分子中的氫原子的反應，還有利用氧原子的氧化反應；②在單分子反應中有自由基 -自由基重合反應、消去反應、插入消去反應、加成消去反應、自由基-分子反應等多種類型；③在光化學反應中有光消去反應和光解離反應等。由於此種激光器可不用電能激勵並且其中的若幹個效率較高，可研制成連續波或脈沖運轉的大能量或大功率激光器，所以它仍然是有希望的可攜帶的用於空間的激光武器的重要候選者。在微觀反應動力學研究中它是三種公認的較成熟的研究元化學反應產物初始振動能分佈的方法之一（另兩種是紅外化學發光和激光誘導熒光）。
電子躍遷化學激光器 利用化學反應釋放的能量將激射介質泵到電子激發態，並達到粒子數反轉，然後受激發射產生激光。電子激發態能量受到化學鍵能的限制，隻有3～4電子伏。如果電子激發態能量超過4電子伏，就必須借助於低能階電子激發態粒子與其他激發態粒子間的多次碰撞傳能才可能達到高能階電子激發態。
電子躍遷化學激光器的典型例子是氧- 碘傳能激光器。目前普遍采用的化學反應體系是用氫氧化鈉、氯和過氧化氫進行化學反應直接產生電子激發態氧O2(a′Δ)。它是禁戒躍遷態(自發發射壽命約45分鐘)，實質上是一種貯能介質，必須將其能量傳遞給另一個激射介質，才能進行激射。被選中的激射介質是基態碘原子I(2P3/2)，它與O2(a′Δ)通過共振傳能過程：
O2(a′Δ)＋I(2P3/2)─→O2(x3Σ)＋I(2P½)
得到電子激發態I(2P½)，然後受激發射產生1.315微米的碘激光。