모재의 표면에 레이저의 강력한 에너지가 조사되어 모재의 표면이 급속히 가열되고, 가열된 오스테나이트 영역은 열이 내부의 열전도에 의해 확산 된 후 급속 자연냉각(Self quenching) 방식으로 인한 모재의 변태 경화를 일으켜 높은 경도를 달성하게 되는 원리이다.
레이저 열처리는 용융 전에 고체상 변태가 가능한 재료에서만 이루어지며 특히 선택 적인 내마모성이 요구되는 곳에 사용되는 중탄소의 철강재 합금과 금형의 주철재료에 많이 이용된다.