根据被清洗基体物质与污物的光学特性分析，又可将激光清洗机理分为两大类：一类是利用基体物质与表面附着的污垢对某一波长激光能量的吸收系数的差别，使激光能量充分被附着的污物所吸收，从而受热膨胀或汽化挥发，并被汽化形成的蒸汽流带动脱离基体物质而达到清洗的目的，其要求是基体物质对激光能量的吸收系数要小。
污物和石材表面之问的结合力主要为物理作用力和弱化学作用力。
激光是一种单色性和方向性都很好的光辐射。通过镜组合可以聚焦光束，把光束集中到一个很小的范围或区域中。激光光束至少可以产生三个方面的作用：一是会在固体表面产生力学共振现象使表层或凝结物碎裂脱落；二是会使表面垢层受膨胀而克服基体物质对污垢粒子的吸附力而才不至于被损伤，因此实现安全高效清洗的关键是选择合适的激光波长并控制适度的能量密度。
对于石材表面污垢的清洗以上机理往往组合运用。通常根据被处理石材和污垢的情况节激光束光脉冲的频率(每秒0．5到30个脉冲)和振幅(8到25ns)，使污垢物质适当吸收光能。脉冲激光不断重复的频率的冲击作用可使石材表面和微孔隙中的柯垢松动，当激光的冲击力大于基体对污垢粒子的吸附力时，污垢微粒便脱离基体达到清洗目的。当激光光子能量大于(附着层)污垢分子的键能时，激光的光分解、光剥离作用相继发挥效应，如KrF准分子激光光子能量为5eV，大于有机污物O-O、H-H、O-H、C-C、C-H和N-H等化学键的键能，激光的作用可以破坏部分化学键，分解有机物，从而可清洗有机油污。当激光光束能量密度进一步提高时，一些无机污垢。如含K、Na的盐以及由有机污垢光分解后产生的无机物可被激光加热膨胀，产生热剥离(即光剥离)而脱离基体表面。为了充分利用激光的各种作用，加强激光的清洗效果，往往事先在被清洗基体的表面人为地涂上一些水或水与甲醇或乙醇的混合液体。当激光照射到液膜上时，液膜因急剧受热，会产生爆炸性汽化，爆炸的冲击使基体表面的污垢松散并随冲击波飞离基体的表面，达到去污的目的。在这种方法中尽管也有污垢粒子的振动和粒子的热膨胀，但爆炸性冲击波的作用是主要的，此种方法又称为激光+液膜方法 覆盖于基体表面的液膜的厚度一般为10/m。