CO2激光手术采用自由光束CO2激光器，通常都是采用光束与皮肤组织非接触的方式，比常规手术提供了更多便利的条件，包括减少机械损伤，增加周围组织被保护等，并且更易保持无菌手术，与其他激光手术相比，CO2激光手术刀具有切割能力强，组织吸收系数大，组织穿透浓度较小（约0.23mm），手术时不易伤及动脉血管等，使得连续CO2激光被大量用于外科手术临床治疗。

 
    但是连续CO2在临床上对组织的损伤属非选择性的，手术治疗后常常伴随着皮肤疤痕等副作用。对病灶进行的切割或气化时也有不同程度地损伤正常组织，因而不能适用于有较高要求的手术治疗，这种情况严重地限制了CO2激光在医疗中的进一步应用。   

    1983年，Aderson和Parrish提出“选择性光热作用”原理，以进行激光的无损伤治疗。这一原理的要点是：当激光通过正常组织到达病变靶组织时，应使靶组织对激光的吸收系数大于正常组织，其反差愈大愈好，以便在激光破坏靶组织时，不伤及正常组织；靶组织的热弛豫时间(thermal relaxation time即TRT)应大于激光的脉冲宽度或作用时间，使靶组织在激光加热过程中，来不及将热量向周围正常组织扩散，以保护周围正常组织。   

    基于“选择性光热作用”原理，90年代后出现了以超脉冲CO2激光治疗机为代表的高能量脉冲医疗设备，并得到成功的应用，使得要求较高的应用领域得到突破性进展，特别是激光美容方面独占鳌头。发展前景十分广阔。   

    超脉冲CO2激光器采用先进的脉冲技术和PWM电源控制技术，不仅能在极短时间内提高了激光输出的峰值功率，向靶组织提供足够的能量，而且可以通过PWM信号精确控制每个脉冲的宽度和脉冲重复频率。通过计算靶组织的热弛豫时间，控制脉冲宽度可实现最佳手术效果。如毛细血管的热弛豫时间约为10μs，要求脉宽小于10μs；皮肤组织的热弛豫时间大致为1 ms，要求做皮肤磨削除皱的激光仪的脉宽小于1 ms。现代激光仪与10余年前的激光仪的最大区别正是在于对脉宽的精确控制，这是现代激光治疗安全性的根本保证。