В обычном лазере фотоны вылетают из атома, когда электроны с возбужденного уровня переходят на стационарный. Для ядерного лазера надо сформировать процесс возбуждения ядерных уровней энергии. Это дорого в энергетическом смысле, и как делать непонятно. Хотя, создание лазера на основе использования ядерной энергии в принципе возможно. Но в этом случае это будет гамма лазер, где носителем энергии будут не световые фотоны, а гамма-частицы – те же самые фотоны, но с существенно большей энергией. Кроме того, возбудить энергетические уровни ядра надо так, чтобы при переходе в стабильное состояние вылетали одинаковые гамма-кванты. Сейчас рассматриваются лазеры на свободных электронах. Слово лазеры в данном случае условно. Электроны разгоняют до высоких энергий и пропускают через магнитное поле, силовые линии которого перпендикулярны направлению полета электронов. Траектория полета электронов начинает искривляться, а через некоторое расстояние, направление магнитного поля меняется на противоположное. Траектория движения электронов начинает меняться в другую сторону. В целом траектория движения отдельного электрона напоминает синусоиду. При больших энергиях и сильных магнитных полях во время поворота траектории электрон испускает гамм квант, почти рентгеновского спектра. Их объединение создает довольно мощный поток гамма-частиц одинаковой энергии, ориентированных в одном направлении. Насколько эффективны и полезны такие лазеры сказать трудно, тем более, что их эффективность находится на уровне 0.01 процента.
В академическом понимании атомный ла́зер – устройство для получения пучков движущихся атомов, находящихся в когерентном состоянии. Сейчас пучки создаются из неподвижного конденсата Бозе-Эйнштейна, исследуется возможность получения когерентного пучка из горячих (некогерентных) пучков. Впервые такой лазер был создан на основе атомов натрия в Массачусетском технологическом институте. Под воздействием импульсов электромагнитного поля спины атомов разворачивались, и они переставали удерживаться в магнитной ловушке из двух катушек.. Сгустки освободившихся атомов ускорялись под действием гравитации. Излучалось порядка миллиона атомов в секунду.