激光表面冲击硬化的工艺原理：将待受冲击的工件表面涂上一层吸收率高且易于气化的涂料，用来保持工件表面不被熔化，然后再在涂料上覆盖一层透射激光的材料以限制气化物的扩散体积。

当高功率脉冲激光照射工件表面时，涂料被气化，气体被限制在透明材料与工件表面之间，在进一步的激光辐照下，由于气体吸热再度膨胀从而对工件表面施加高的压力即造成冲击应力波，使金属内部发生塑性应变，形成高位错密度的亚结构，在工件表面留有较高的残余应力区，这与喷丸强化类似，因而可提高工件的疲劳寿命。

激光表面冲击硬化选用高功率密度的激光器在20~40纳米内将工件材料表面加热使之气化，产生可达1.01帕斯的压力。使激光冲击波作用区的显微组织呈现类似于爆破加工及快速冲击加工的亚结构材料组织，可以明显地提高材料表面硬度、屈服强度及疲劳寿命，大大改善材料的性能。