固體激光器的工作物質是在基質材料的晶體或玻璃中均勻地摻入少量的激活離子（指能級結構具備光放大條件的離子）。真正發光的是激活離子，如紅寶石三能級係統中的鉻離子、釹玻璃四能級係統中的釹離子等，因此，又稱為固體離子激光器。激活離子按元素周期表中所分有三類：過渡性金屬元素—鉻、錳、鈷、鎳、釩等；大多數稀土元素—釹、鏑、鈥、鐠等；個別放射性元素如鈾等。每種激活離子都具有與之相適應的一種或幾種基質材料。晶體已有上百種，玻璃幾十種，但真正實用的基質材料不過是紅寶石和釔鋁石榴晶體以及矽酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、硼矽和氟化物玻璃等幾種。
固體材料的活性離子密度介於氣體和半導體之間。固體材料的亞穩態壽命比較長，自發輻射的光能損失小，貯能能力強，故適於采用所謂的調Q技術產生高功率脈衝激光。另外，固體材料的熒光線較寬，經“鎖模”後可以獲得超短脈衝的超強激光輻射。固體激光器中，紅寶石是三能級係統，其餘大都是四能級係統。
固體激光器通常用泵燈進行光激勵，所以壽命和效率受到泵燈的限製。盡管如此，固體器件小而堅固，脈衝輻射功率很高，所以應用範圍較廣泛。