激光光束在介質中傳輸，介質將吸收一部分激光能量，從而引起介質的溫度、折射率、形狀或是介質質量分布發生變化，這些變化反過來又會影響激光光束的傳輸與聚焦。在大功率激光加工中，這種熱透鏡效應尤其明顯。根據激光束在導光系統中傳輸與聚焦的不同，可以把熱透鏡效應分為激光固體熱透鏡效應與激光空氣熱透鏡效應。
  激光固體熱透鏡效應：激光固體熱透鏡效應是指激光束通過透鏡進行聚焦時，透鏡將吸收一部分激光，從而不斷被加熱，發生膨脹，使透鏡的曲率半徑逐漸變小，焦距逐漸變短，最后達到穩定。為實現無焦點偏移的大范圍激光加工，要采用一個可移動的補償透鏡來聚焦透鏡及其本身所產生的熱透鏡效應；在大功率CO2激光加工的導光系統中通常采用一組反射鏡來傳輸激光束能量。這將使反射的溫度升高，產生熱變形，影響激光束的傳輸與聚焦，當反射鏡冷卻效果不好時，反射鏡的變形將使激光束在傳輸過程中光束擴大，從而影響激光束的聚焦狀態。
  激光空氣熱透鏡效應：激光空氣熱透鏡效應指激光在空氣中傳輸，空氣吸收一部分激光能量后，對光束的傳輸與聚焦產生的影響。小功率CO2激光束在小范圍內傳輸，空氣對CO2激光束的吸收非常弱，基本上不存在空氣熱透鏡效應。但隨著功率的提高，以及CO2激光器排放大量CO2氣體到周圍空氣中，引起CO2氣體在空氣中濃度增加，空氣形成一定強度的共振吸收，其所形成的空氣熱透鏡效應是不可忽略的，此外，透鏡和反射鏡的缺陷，空氣湍流以及導光系統中氣體的種類等也會影響激光束的傳輸與聚焦。