雷射深熔焊接的原理主要基於雷射照射下材料蒸發形成的小孔效應。在雷射焊接過程中，當雷射功率密度達到一定水平時，材料表面會發生氣化，形成匙孔（Key-hole）結構。這個充滿蒸汽的小孔類似於一個黑體，幾乎吸收了所有的入射光束能量，孔腔內的平衡溫度可以達到2500攝氏度左右。
在這個高溫孔腔內，熱量通過孔腔外壁傳遞，使得周圍的金屬熔化。孔內充滿了在光束照射下壁材料連續蒸發產生的高溫蒸汽，而孔周圍則包圍著熔融的金屬，液體金屬周圍則是固體材料。孔壁外的液體流動和壁表面張力與孔腔內連續產生的蒸汽壓力保持動態平衡。
隨著雷射束的移動，小孔外的材料繼續流動，形成連續的焊縫。小孔和圍繞孔壁的熔融金屬隨著前導光束的前進速度向前移動，填充小孔移除後留下的間隙，然後冷凝，最終形成焊縫。
雷射深熔焊接不需要添加輔助焊劑或填料，即可將工件自身材料焊接為一體，焊接速度可以達到每分鐘數米。