ניקוי לייזר פועם מסתמך על המאפיינים של פעימות האור שנוצרות על ידי הלייזר, בהתבסס על תגובה פוטופיזית הנגרמת על ידי האינטראקציה בין אלומה בעוצמה גבוהה-, לייזר דופק קצר- והשכבה המזהמת. ניתן לסכם את העיקרון הפיזי שלה כך:
(א) קרן הלייזר הנפלטת מהלייזר נספגת בשכבת המזהמים על פני השטח לטיפול.
(ב) ספיגת אנרגיה גבוהה יוצרת פלזמה המתרחבת במהירות (גז מיונן מאוד, לא יציב), היוצרת גל הלם.
(ג) גל ההלם מתפרק ומסיר את המזהמים.
(ד) רוחב הדופק חייב להיות קצר מספיק כדי למנוע הצטברות חום שעלולה לפגוע במשטח המטופל.
(ה) ניסויים מראים שפלזמה נוצרת על משטחי מתכת כאשר יש תחמוצות.
פלזמה נוצרת רק כאשר צפיפות האנרגיה היא מעל סף, התלוי ברמת המזהם או התחמוצת המוסרת. אפקט סף זה חיוני לניקוי יעיל תוך הבטחת בטיחות חומר המצע. יש גם סף שני לייצור פלזמה. אם צפיפות האנרגיה תעלה על סף זה, חומר המצע ייפגע. כדי להבטיח ניקוי יעיל תוך שמירה על בטיחות חומר המצע, יש להתאים את פרמטרי הלייזר כדי לשמור על צפיפות האנרגיה של דופק האור אך ורק בין שני הספים הללו. כל פעימת לייזר מסירה שכבת זיהום בעובי מסוים. אם שכבת הזיהום עבה, נדרשים מספר פולסים לניקוי. מספר הפולסים הדרושים לניקוי המשטח תלוי במידת זיהום פני השטח. תוצאה חשובה של שני הספים היא השליטה העצמית- בתהליך הניקוי. פעימות אור עם צפיפות אנרגיה גבוהה מהסף הראשון ימשיכו להסיר מזהמים עד שיגיעו לחומר המצע. עם זאת, מכיוון שצפיפות האנרגיה שלהם מתחת לסף הנזק של חומר המצע, המצע לא ייפגע.