レーザ共振器内には縦モードと呼ばれる波長が僅かづつ異なる光が多数存在します。
これらの光の位相が一定の状態であることをモードロックといいます。

位相が一定であると各波長の山が揃ったところで干渉により光が強くなるため優先的に増幅されてパルスが発生します（図を参照）。

このパルスが共振器を1周するごとに出力されパルス列を生成します。
モードロックレーザの特徴は、超短パルスを発生できることで、ピコ秒レーザ、フェムト秒レーザなどに応用されています。