二氧化碳雷射原理是基於氣體放電激發二氧化碳分子能級躍遷的過程，通過能級躍遷導致分子振動和轉動，從而產生一束高功率、特定波長的雷射光束。具體來說，二氧化碳雷射器內部充滿二氧化碳、氮氣和氦氣這些分子氣體的混合物，使用高壓電流通過氣體混合物將氣體激發到一個高能態，產生電離和放電過程。在放電過程中，二氧化碳分子的電子被激發到一個高能級，然後迅速躍遷回到較低能級，釋放出能量並引起分子振動和轉動。這些振動和轉動導致二氧化碳分子中的雷射能級與另外兩個氣體中的能級達到共振，進而使二氧化碳分子發射出一束特定波長的雷射光束。
在醫學領域，二氧化碳雷射治療主要利用其熱效應。當二氧化碳雷射照射到組織上時，其能量被組織吸收並轉化為熱能，從而使組織細胞失活、蛋白質變性，出現凝固性壞死、炭化和氣化。這種現象可以被用於治療各種皮膚病變，如血管性皮膚病、色素性皮膚病、腫瘤、囊腫等。同時，二氧化碳雷射還可以刺激膠原蛋白的斷裂和重新修復，達到改善膚質、減輕皺紋等效果。