Para fins de interação laser-material, a definição de "ultrarrápido" geralmente se refere a um regime não térmico de absorção de energia. Esse processamento "frio" é o principal fator de distinção entre lasers com duração de pulso de picossegundos e femtossegundos e lasers com duração de pulso medida em nanossegundos. O regime de absorção não térmica é extremamente importante para algumas aplicações porque praticamente elimina os danos térmicos aos materiais, permite a criação de recursos menores e possibilita um controle mais preciso do processo. Dois mecanismos principais são responsáveis pela mudança do regime térmico para o não térmico.

Alta potência de pico: Em relação à potência média de saída, os lasers ultrarrápidos geram potências de pico mais altas quando comparados aos lasers de onda contínua, quase contínua e de nanossegundos. Essa potência de pico excepcionalmente alta resulta na absorção simultânea de vários fótons pelo material alvo. A energia desses fótons é aditiva devido ao fato de atingirem o alvo ao mesmo tempo e no mesmo espaço.

Ablação a frio: A curta duração do pulso dos lasers ultrarrápidos limita muito o tempo disponível para o calor se difundir no material em massa. Os pulsos individuais removem ou ablam instantaneamente um volume extremamente pequeno de material, sem criar praticamente nenhuma zona afetada pelo calor. O aumento da energia do pulso leva a taxas mais altas de remoção de material em vez de aquecimento adicional.