Рубиновый кристалл представляет собой кристалл оксида алюминия А12О3 с небольшой добавкой (0,05%) хрома. При добавлении атомов хрома прозрачные кристаллы рубина приобретают розовый цвет и поглощают излучение в двух полосах ближней ультрафиолетовой области спектра. Всего кристаллами рубина поглощается около 15% света лампы-вспышки. При поглощении спектра ионами хрома происходит переход ионов в возбужденное состояние. В результате внутренних процессов возбужденные ионы хрома переходят в основные состояния не сразу, а через два возбужденных уровня. На этих уровнях происходит накопление ионов, а при достаточно мощной вспышке неоновой лампы возникает инверсная населенность между промежуточными уровнями и основным уровнем иона хрома
Торцы рубинового стержня полируют, покрывают отражающими интерференционными пленками, выдерживая при этом строгую параллельность торцов друг другу.
При возникновении инверсии населенностей уровней ионов хрома в рубине происходит лавинное нарастание числа вынужденно испущенных фотонов, и обратной связи на оптическом резонаторе, образованном зеркалами на торцах рубинового стержня, обеспечивает формирование узконаправленного луча красного света. Длительность лазерного импульса равна 0,0001 с, немного короче длительности вспышки неоновой лампы. Энергия импульса рубинового лазера около 1 Дж.