Il laser a elettroni liberi (FEL da Free Electron Laser) è un particolare tipo di laser in cui l'elemento ottico, cioè il mezzo che viene eccitato per la produzione dei fotoni è composto da un fascio di elettroni molto veloci (relativistici).

• Quando gli elettroni sono forzati a muoversi lungo una traiettoria curva emettono energia elettromagnetica la cui frequenza dipende sia dalla velocità degli elettroni, sia dalla curvatura della loro traiettoria.
• Nel FEL la traiettoria degli elettroni è curvata grazie all'uso di un dispositivo costituito da una sequenza di magneti disposti con i poli nord e sud alternati detto ondulatore.
• La radiazione così prodotta è catturata dagli specchi posti agli estremi di una cavità risonante.
• Il moto oscillatorio degli elettroni tra i magneti dell'ondulatore resta in fase con la radiazione, e causa quindi l'amplificazione della luce, esattamente come avviene in un laser ordinario.
• Regolando velocità degli elettroni, e il campo magnetico dell'ondulatore, si può ottenere emissione di fotoni a diverse frequenze, dalle microonde alla luce visibile. A differenza di un laser ordinario, quindi, la radiazione emessa dal FEL è ampiamente regolabile.