레이저 광이 조직에 조사되었을 때, 레이저 광은 조직표면에서 반사(reflection)되거나 조직을 투과(transmission)하거나 조직 내에서 산란(scatter) 혹은 흡수(absorption)되는 네 가지의 상호작용을 일으킨다. 이 중 조직에 흡수된 빛에너지가 열에너지로 전환되어 조직에 변화를 일으키게 되는데, 이 때 빛에너지의 흡수 정도는 사용하는 레이저의 파장, 조직의 조성, 조직 내 물의 함량, 색소의 존재 등에 의해 관여되고, 조직의 변화는 발생하는 열에 의해 결정된다.

모든 파장의 레이저광은 생체조직에 입사되어 흡수된 경우, 매우 낮은 출력에서는 세포의 파괴 없이 특정한 화학적 반응과 신진대사 반응을 일으키는 광화학적 상호작용(photochemical effect)이 일어나고, 높은 출력에서는 조직의 온도를 높여 열파괴 작용을 일으키는 광열적 상호작용(photothermal effect)이 일어난다.

또한 지극히 높은 출력에서는 열파괴 작용이 발생하기 전에 충격파 발생으로 조직을 제거하는 비열적, 기계적 파괴 형태인 광음성적 상호작용(photoacoustic effect)이 일어난다.
따라서 임상적으로도 레이저의 출력에 따라 저출력으로는 화학적, 신진대사 반응용으로, 중간 출력으로는 열파괴를 이용한 수술용으로, 마지막으로 매우 높은 출력을 이용하여 비열적, 기계적 파괴용으로 적용하며, 보통 저출력 레이저를 이용하여 통증치료, 항염증 치료 및 생체자극(biostimulation) 요법에 활용한다.

저출력 레이저 요법(low level laser therapy)은 레이저의 열효과가 아닌 레이저 빛의 순수한 특성에 의해 생체자극 효과를 일으키는 것으로, 1969년 Endre Mester가 레이저를 이용한 난치성 궤양 치료를 보고한 이래, 현재까지 임상에서 다양하게 응용되어 오고 있다.
저출력 레이저 치료의 전형적인 출력은 10~50mW이며, 총 조사 에너지는 수 J(joule)이다. 저출력 레이저 치료 시 조직에 발생되는 열적 효과는 의미가 없으며, 치료 효과에도 기여하지 않는다. 저출력 레이저 치료에 사용하는 파장은 물에 대한 흡수율이 낮으며, 연조직 및 경조직 등에서의 조직 투과 범위는 3~15mm 정도로 알려져 있다.

임상에서 흔히 사용하는 저출력 레이저로는 632.8nm파장의 적색광을 가지는 He-Ne(helium-neon) 레이저, 904nm파장의 GaAs(galium arsenide) 다이오드 레이저, 820nm파장의 GaAlAs(galium aluminium arsenide) 다이오드 레이저 등이 있으며, 최근에는 수술용 레이저인 Nd:YAG 레이저, Argon 레이저, CO2 레이저 등도 출력을 낮추어 통증 치료, 항염증 치료 등 생체자극 요법에 적용하기도 한다.

생체자극을 일으키는 저출력 레이저 치료의 작용기전은 레이저 광원이 세포 내의 광수용체(photoreceptor), 특히 미토콘드리아(mitochondria) 생체막의 전자 전달계에 흡수되어 세포의 에너지원이라고 할 수 있는 ATP(아데노신삼인산염, adenosine triphosphate)를 증가시키는 것이다.
조직을 통해 침투한 레이저 에너지는 포르피린(porphyrins)과 같은 색소포나 미토콘드리아 내에 포함된 사이토크롬(cytochrome)과 같은 광감작성 분자(photosensitive molecule)에 흡수되어, 일중항산소(singlet oxygen)를 발생시켜 NADH를 산화시킨다.

이러한 산화적 인산화 과정(oxidative phosphorylation)에 의해 미토콘드리아 및 세포질 모두의 산화-환원 상태(redox)가 변하게 되고, 세포막과 미토콘드리아 막의 투과성(permeability)이 변화되어, ADP(아데노신이인삼염, adenosine diphosphate)를 ATP로 전환하는 과정에 관여하게 된다.
이러한 일련의 과정에 의해 전자전달계에서 ATP가 생성되어, 세포 내 에너지를 공급하고 세포 대사를 증가시켜 창상 치유 촉진, 항염증 효과, 통증 완화와 같은 다양한 생리학적 효과를 나타낸다고 알려져 있다.

그동안 여러 연구를 통하여 실험적으로는 저출력 레이저의 세포 자극 효과가 충분히 입증되었지만, 저출력 레이저