雷射製冷的原理主要基於光與物質相互作用的過程，具體包括以下幾個方面：
都卜勒效應和光子散射。雷射製冷技術利用都卜勒效應和光子散射原理，通過調節雷射頻率，使得原子或分子吸收雷射光子後，其動能降低，從而達到冷卻的效果。
光壓效應。雷射製冷還涉及到光壓效應，即雷射對物質產生的壓力。通過從不同方向照射物質，利用光壓阻止其熱振動，進一步實現冷卻。
能量匹配和能級量子化。在雷射製冷過程中，原子只能吸收和放出特定頻率的光波，這一過程稱為能量匹配。原子能級的量子化特性確保了原子只能吸收或釋放特定能量級別的光子，從而實現有效的冷卻。
雷射製冷的實際套用已經達到了接近絕對零度的超低溫，對基礎科學研究如量子計算機的製作、物質化學和物理過程的控制等領域產生了重要影響。