Ai fini dell'interazione laser-materiale, la definizione di "ultraveloce" si riferisce tipicamente a un regime non termico di assorbimento di energia. Questo trattamento "a freddo" è il principale fattore di distinzione tra i laser con durata dell'impulso di picosecondi e femtosecondi e quelli con durata dell'impulso misurata in nanosecondi. Il regime di assorbimento non termico è di importanza critica per alcune applicazioni perché elimina virtualmente i danni termici ai materiali, consente la creazione di caratteristiche più piccole e permette un controllo più preciso del processo. Due meccanismi principali sono responsabili del passaggio dal regime termico a quello non termico.

Elevata potenza di picco: Rispetto alla potenza media di uscita, i laser ultraveloci generano potenze di picco più elevate rispetto ai laser a onda continua, quasi-continua e a nanosecondi. Questa potenza di picco eccezionalmente elevata si traduce nell'assorbimento simultaneo di diversi fotoni da parte del materiale bersaglio. L'energia di questi fotoni è additiva perché raggiungono il bersaglio nello stesso momento e nello stesso spazio.

Ablazione a freddo: La breve durata degli impulsi dei laser ultraveloci limita notevolmente il tempo disponibile per la diffusione del calore nel materiale. I singoli impulsi rimuovono o ablano istantaneamente un volume estremamente ridotto di materiale, senza creare praticamente alcuna zona interessata dal calore. Aumentando l'energia dell'impulso si ottengono tassi di rimozione del materiale più elevati piuttosto che un riscaldamento aggiuntivo.