Nhiệt luyện bằng tia laser (gọi tắt là nhiệt luyện laser) được dùng để làm tăng độ cứng bề mặt chi tiết máy. Độ cứng bề mặt tỷ lệ thuận với khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi. Nguyên lý cơ bản để tăng độ cứng bề mặt là làm xuất hiện một lớp vật liệu chịu ứng suất nén ngay bên dưới bề mặt chỗ cần tăng cứng. Về cơ bản, nhiệt luyện laser giống như các phương pháp nhiệt luyện thông thường khác. Tuy nhiên, khi nhiệt luyện laser, chỉ có những bề mặt xác định được làm cứng, còn các vùng khác không bị ảnh hưởng.