激光的理論基礎起源于物理學家愛因斯坦，1917年愛因斯坦提出了一套全新的技術理論‘光與物質相互作用’。這一理論是說在組成物質的原子中，有不同數量的粒子（電子）分布在不同的能級上，在高能級上的粒子受到某種光子的激發，會從高能級跳到（躍遷）到低能級上，這時將會輻射出與激發它的光相同性質的光，而且在某種狀態下，能出現一個弱光激發出一個強光的現象。這就叫做“受激輻射的光放大”，簡稱激光。
1951年，美國物理學家查爾斯·哈德·湯斯設想如果用分子，而不用電子線路，就可以得到波長足夠小的無線電波。分子具有各種不同的振動形式，有些分子的振動正好和微波波段范圍的輻射相同。問題是如何將這些振動轉變為輻射。就氨分子來說，在適當的條件下，它每秒振動24，000，000，000次（24GHz），因此有可能發射波長為1.25厘米的微波。 他設想通過熱或電的方法，把能量泵入氨分子中，使它們處于“激發“狀態。然后，再設想使這些受激的分子處于具有和氨分子的固有頻率相同的微波束中---這個微波束的能量可以是很微弱的。一個單獨的氨分子就會受到這一微波束的作用，以同樣波長的束波形式放出它的能量，這一能量又繼而作用于另一個氨分子，使它也放出能量。這個很微弱的入射微波束相當于起立腳點對一場雪崩的促發作用，最后就會產生一個很強的微波束。最初用來激發分子的能量就全部轉變為一種特殊的輻射。
1953年12月，湯斯和他的學生阿瑟·肖洛終于制成了按上述原理工作的的一個裝置，產生了所需要的微波束。這個過程被稱為“受激輻射的微波放大”。按其英文的首字母縮寫為M.A.S.E.R,并由之造出了單詞“maser”（脈澤）（這樣的單詞稱為首字母縮寫詞，在技術語中越來越普遍使用）。
1958年，美國科學家肖洛（Schawlow）和湯斯（Townes）發現了一種神奇的現象：當他們將氖光燈泡所發射的光照在一種稀土晶體上時，晶體的分子會發出鮮艷的、始終會聚在一起的強光。根據這一現象，他們提出了"激光原理"，即物質在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激發時，都會產生這種不發散的強光--激光。他們為此發表了重要論文，并獲得1964年的諾貝爾物理學獎。
1960年5月15日，美國加利福尼亞州休斯實驗室的科學家梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的激光，這是人類有史以來獲得的第一束激光，梅曼因而也成為世界上第一個將激光引入實用領域的科學家。
1960年7月7日，西奧多·梅曼宣布世界上第一臺激光器誕生，梅曼的方案是，利用一個高強閃光燈管，來激發紅寶石。由于紅寶石其實在物理上只是一種摻有鉻原子的剛玉，所以當紅寶石受到刺激時，就會發出一種紅光。在一塊表面鍍上反光鏡的紅寶石的表面鉆一個孔，使紅光可以從這個孔溢出，從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱，當它射向某一點時，可使其達到比太陽表面還高的溫度。
前蘇聯科學家尼古拉·巴索夫于1960年發明了半導體激光器。半導體激光器的結構通常由p層、n層和形成雙異質結的有源層構成。其特點是：尺寸小、耦合效率高、響應速度快、波長和尺寸與光纖尺寸適配、可直接調制、相干性好。