通过化学反应实现粒子数反转的激光器叫化学激光器。
尽管它的工作物质多用气体（也有用液体的），结构大多和气体激光器相似，但在化学反应的引发、粒子数反转过程等方面有其特殊性，尤其必须通过化学反应实现激光器的运转，所以，并不把它并入气体激光器而单独介绍。
化学物质本身蕴藏有巨大的化学能，比如每公斤氟、氢燃料反应生成氟化氢（HF）时，能放出约1.3x107焦耳的能量。由于它能在单位体积内集中有大量的能量，当化学能直接转换为受激辐射时，就可以获得高能激光。
另外，它的装置体积不大，重量又轻，很受军方青睐。1978年美国海军的舰载激光武器打靶试验，就是采用40万瓦连续波氟化氘（DF）化学激光器。我国自行设计研制的1太瓦（等于1兆兆瓦）大型高功率激光器——神光装置也是一台化学激光器。美国曾研制过一种台式化学高功率激光系统，瞬间功率达10太瓦（等于10兆兆瓦），相当于美国全部发电站总输出功率的20倍！
由于化学激发能源来自化学反应，因而基本上无需外部提供能量，对外依赖性很小，这对野外和军事应用实在是求之不得的。当然，化学激光器还多少用一点外能源引发化学反应，但需要量很小，比起其他激光器的激发能源来，简直是微不足道。
化学激光工作物质多数有毒，甚至玻璃一类的物质也容易被腐蚀。又由于在化学反应中，粒子数能级分布较分散，所以激光单色性较差。化学激光工作物质气压目前仍比较低，反应能的利用率还不太高，这些都有待于改进。
