El principi de la neteja làser rau en l'"absorció selectiva" de la llum làser pels materials i la conversió instantània i eficient de l'energia. Els contaminants i el substrat tenen diferents coeficients d'absorció per a longituds d'ona específiques de la llum làser. Després que l'energia del làser és absorbida pel contaminant, es converteix instantàniament en energia tèrmica mitjançant un efecte fototèrmic, provocant un ràpid augment de la temperatura del contaminant. Els principals mecanismes de neteja amb làser inclouen: ablació tèrmica làser (procés d'evaporació), estrès tèrmic làser (procés de vibració) i ona de xoc de plasma (procés d'impacte).
La neteja amb làser polsat Nd:YAG es basa en les característiques dels polsos de llum generats pel làser, basant-se en la reacció fotofísica causada per la interacció entre el feix d'alta intensitat, el làser de pols curt-i la capa contaminant. El seu principi físic es pot resumir de la següent manera: (a) El raig làser emès pel làser és absorbit per la capa contaminant de la superfície a tractar; (b) L'absorció d'alta energia forma un plasma d'expansió ràpida (un gas inestable molt ionitzat), generant una ona de xoc; (c) L'ona de xoc fragmenta el contaminant i l'elimina; (d) L'amplada del pols ha de ser prou curta per evitar l'acumulació de calor que danyi la superfície tractada; (e) Els experiments mostren que quan hi ha òxids a la superfície metàl·lica, es genera plasma a la superfície metàl·lica. El plasma només es genera quan la densitat d'energia està per sobre d'un llindar, que depèn del nivell de contaminant o de la capa d'òxid que s'elimina. Si la densitat d'energia supera el llindar de dany del material del substrat, el substrat es farà malbé. Per garantir una neteja eficaç mentre es protegeix el material del substrat, els paràmetres làser s'han d'ajustar segons les característiques del material que es neteja i els contaminants, assegurant que la densitat energètica dels polsos de llum es mantingui estrictament entre dos llindars. Cada pols làser elimina un cert gruix de capa contaminant; el nombre de polsos necessaris per netejar la superfície depèn del grau de contaminació de la superfície. Una conseqüència clau d'aquests dos llindars és l'auto-control del procés de neteja. Els polsos de llum amb densitats d'energia per sobre del primer llindar continuaran eliminant els contaminants fins que arribin al material del substrat; tanmateix, com que la seva densitat d'energia està per sota del llindar de dany del material del substrat, el substrat no es farà malbé.
Els paràmetres del làser afecten significativament l'efecte de neteja. Els paràmetres clau del làser, com ara la intensitat del làser, la longitud d'ona, l'amplada del pols i l'angle d'incidència, s'han d'optimitzar per funcionar entre el llindar d'eliminació de contaminants i el llindar de dany del substrat, garantint una neteja eficaç sense danyar el substrat. Les combinacions de paràmetres del procés làser, com ara la velocitat d'escaneig, la potència del làser, la freqüència de pols i el nombre d'exploracions, afecten el comportament de neteja.
