激光切割机主要基于激光束的高能量特性开展切割工作，核心工作原理如下：
1.激光产生：激光由专门的激光发生器生成，目前市面上主流的有 CO₂激光发生器与光纤激光发生器。CO₂激光发生器通过在充有二氧化碳、氮气、氦气的混合气体放电管中施加高电压，让气体分子受激辐射，输出波长为 10.6μm 的激光 ，常用于非金属材料切割；光纤激光发生器则利用掺杂稀土元素的光纤作为增益介质，在泵浦源作用下实现粒子数反转，产生高功率、高光束质量的激光，在金属材料切割领域表现良好。
2.激光传输与聚焦：产生的激光束要经过复杂的光路传输系统，这一系统包含反射镜、透镜等光学元件。反射镜负责改变激光的传播方向，正确地把激光导向切割头；而聚焦透镜则将激光束聚焦到待切割材料的表面，使得激光能量在极小的光斑范围内高度聚集。经聚焦后，光斑处的激光能量密度比较大，能达到每平方厘米兆瓦级别的能量，为切割材料创造关键的能量条件。
3.材料熔化与汽化：当高能量密度的激光光斑作用于材料表面时，材料会迅速吸收激光携带的能量，致使自身温度急速上升。由于能量高度聚集，材料在极短时间内达到熔点、沸点，进而熔化、汽化。例如切割金属时，金属原子获得能量挣脱晶格束缚，形成液态和气态金属；切割非金属材料，像亚克力，也会因能量冲击快速软化、分解。
4.排渣与切割推进：在材料熔化、汽化的同时，辅助气体系统开始发挥作用。高压气体（依据切割材料不同，气体类型有差异，比如切割金属常用氧气、氮气，切割非金属用压缩空气）从切割头喷出，气流带着熔化、汽化产生的熔渣和碎屑迅速离开切割区域，避免它们重新凝结在切缝周边，干扰后续切割。并且，切割头会依照预先编好的数控程序设定的切割路径移动，持续上述熔化、汽化、排渣的过程，稳步推进切割，将材料按设计要求切割成型。