氦氖激光器是气体激光器最早研究成功的，并且仍在普遍使用。它的工作物质是混有氦的氖。在这种混合气体中放电，部分氦原子被激发到亚稳激发态21S或23S。

这部分氦原子与基态氖原子碰撞时，能导致能量转移激发，使氖原子处于激发能级上，从而实现氖原子的粒子数反转分布。

氖原子在谐振腔中通过受激发射过程主要发出三个波长（3.39微米，1.15微米和6328埃）的激光。