超快超强激光加工主要以飞秒激光作为研究与应用的核心，作为一种独特的科学研究工具与手段，飞秒激光的应用可以大体上概括为三大主要方面，即飞秒激光在超快领域内的应用、在超强领域内的应用和在超微细精密加工中的应用。

超快现象是指发生在物质微观体系中快速变化的物理、化学或生物过程。飞秒激光在超快现象研究领域中所起到的是一种快速过程诊断的作用。飞秒激光尤如一个极为精细的时钟和一架超高速的“相机”，可以将自然界中特别是原子、分子水平上的一些快速过程分析并记录下来。在这一领域，飞秒激光为我们开了一扇新的大门，让我们得以窥见更加细微的自然世界。

飞秒激光在超强领域中的应用（又称为强场物理）归因于具有一定能量的飞秒脉冲的峰值功率和光强可以非常之高。这样的强光所对应的电磁场会远大于原子中的库仑场，从而很容易地将原子中的电子统统剥落出去。因此，飞秒激光是研究原子，分子体系高阶非线性、多光子过程的重要工具。与飞秒激光相应的能量密度只有在核爆炸中才可能存在。飞秒强光可以用来产生相干X射线和其它极短波长的光，可以用于受控核聚变的研究。