Времяпролетный метод часто используется для измерения расстояний, например, с лазерным дальномером, используемым, например, в самолетах, возможно, в виде сканирующего лазерного радара. В этом случае, аппарат посылает короткий световой импульс и измеряет время, когда отраженная часть импульса обнаружена. Затем, зная значение скорости света, рассчитывается расстояние. В связи с высокой скоростью, временная точность должна быть очень высокой - например, 1 нс для пространственной точности в 15 см.
Данный метод, как правило, используются для измерения больших расстояний, от сотен метров до нескольких километров. В нём используются передовые технологии (высококачественные телескопы, очень чувствительны фотодетекторы и т.д.), с помощью него можно измерить, например, расстояние между Землей и Луной с точностью до нескольких сантиметров, или получить точный профиль плотины.
Так как времяпролетные измерения преимущественно используется для измерения больших расстояний, качества лазерного пучка имеет определяющее значение. Кроме того, телескоп может быть использован для получения большого диаметра пучка и соответственно увеличенной рэлеевской длины, т.е. получения малой расходимости пучка. Цель может быть оснащена ретрорефлектором в целях увеличения количества отраженного света. Длительность используемого импульса, как правило, от 100 пс до нескольких десятков нс. Для больших расстояний, необходима высокая энергия импульса. Это может затрагивать вопросы лазерной безопасности, особенно, если длина волны лазера лежит в небезопасной для глаз области. Для импульсов энергии от нано- до микроджоулей (требуемых для измерения средних расстояний), можно использовать лазер на эрбиевом стекле, который может генерировать достаточно короткие импульсы (длительностью порядка 1 нс) с энергией около 10 мкДж в безопасной для глаз области спектра.