Высокомощные фемтосекундные лазеры особенно часто применяются в лазерной обработке и в холодной абляции практически всех материалов. В лазерах с большей длиной импульса (от миллисекундных до наносекундных), действие излучение на вещество обусловлено локальным нагревом, плавление и испарением материала, что ограничивает их использование для термически чувствительных материалов. Создаваемое локальном нагреве тепловое напряжения также создает неровные края и микротрещины, которые могут вывести механизм из строя.
Длительность импульса фемтосекундных лазеров достаточно мала, чтобы минимизировать термальное воздействие на материал (небольшая зона термического влияния), в то время как пиковая интенсивность достаточно высокая для создания многофотонного поглощательного взаимодействия, которое может быть использовано для абляции практически любого типа материалов.
Часто такие лазеры применяются в лазерной хирургии и офтальмологии.
Фемтосекундные лазеры широко применяются при решении производственных задач в области полупроводников и микроэлектроники. Например, они используются для нарезки тонких кремневых пластин, которые настолько гибкие, что создает проблему для традиционных способов нарезки. Для плоских дисплеев и солнечных панелей они решают похожие проблемы, связанные с обработкой и структурированием и интегрированием тонких и ультратонких пленок. Лазерная резка и сверление предоставляет еще одну возможность для использования фемтосекундных лазеров, позволяющих в продолжить миниатюризации электронных систем.
