A efectos de la interacción láser-material, la definición de "ultrarrápido" suele referirse a un régimen no térmico de absorción de energía. Este tratamiento "en frío" es un factor distintivo primordial entre los láseres con duraciones de pulso de picosegundos y femtosegundos y los láseres con duraciones de pulso medidas en nanosegundos. El régimen de absorción no térmica es de vital importancia para algunas aplicaciones, ya que prácticamente elimina el daño térmico a los materiales, permite la creación de características más pequeñas y permite un control más preciso del proceso. Dos mecanismos principales son responsables del paso de los regímenes térmicos a los no térmicos.

Alta potencia de pico: En relación con la potencia media de salida, los láseres ultrarrápidos generan potencias de pico más elevadas que los láseres de onda continua, de onda cuasi continua y de nanosegundos. Esta potencia de pico excepcionalmente elevada se traduce en la absorción simultánea de varios fotones por el material objetivo. La energía de estos fotones es aditiva debido a que llegan al objetivo al mismo tiempo y en el mismo espacio.

Ablación en frío: La corta duración del pulso de los láseres ultrarrápidos limita enormemente el tiempo disponible para que el calor se difunda en el material a granel. Los pulsos individuales eliminan o ablación instantáneamente un volumen extremadamente pequeño de material sin crear prácticamente ninguna zona afectada por el calor. El aumento de la energía del pulso conduce a mayores tasas de eliminación de material en lugar de un calentamiento adicional.