Voor de interactie tussen laser en materiaal verwijst de definitie van "ultrasnel" meestal naar een niet-thermisch regime van energieabsorptie. Deze "koude" verwerking is een primaire onderscheidende factor tussen lasers met picoseconde en femtoseconde pulsduur en lasers met pulsduur gemeten in nanoseconden. Het niet-thermische absorptieregime is van cruciaal belang voor sommige toepassingen omdat het thermische schade aan materialen vrijwel uitsluit, het mogelijk maakt om kleinere vormen te creëren en een nauwkeurigere controle over het proces mogelijk maakt. Twee belangrijke mechanismen zijn verantwoordelijk voor de verschuiving van thermische naar niet-thermische regimes.

Hoog piekvermogen: In verhouding tot het gemiddelde uitgangsvermogen genereren ultrasnelle lasers hogere piekvermogens in vergelijking met continue golf-, quasi-continue golf- en nanoseconde-lasers. Dit uitzonderlijk hoge piekvermogen resulteert in de gelijktijdige absorptie van meerdere fotonen door het doelmateriaal. De energie van deze fotonen is additief omdat ze het doel op hetzelfde moment en in dezelfde ruimte bereiken.

Koude ablatie: De korte pulsduur van ultrasnelle lasers beperkt de beschikbare tijd voor warmte om in het bulkmateriaal te diffunderen aanzienlijk. Afzonderlijke pulsen verwijderen of ablatiseren onmiddellijk een extreem klein volume materiaal terwijl er vrijwel geen warmte beïnvloede zone ontstaat. Het verhogen van de pulsenergie leidt eerder tot hogere materiaalverwijderingssnelheden dan tot extra verhitting.