光解離型
這類體系（例如CF3I或C3F7I）主要靠外界紫外線提供能量，被激勵為激發態分子 (CF3I* 或C3F7I*），然后通過它本身的單分子解離反應，獲得激發態I*原子，并且實現粒子數反轉而產生激光。
原子態激勵型
為了保證化學激勵進行得足夠快，使之不落后于碰撞弛豫過程，必須利用自由原子（或自由基）參加的元反應作為激光泵反應，這是此類體系的主要特點。它依靠外界電、光、熱等能源（例如電弧加熱、閃光光解、橫向放電或電子束引發）得到所需要的自由原子（氟、氫、氯或氧）；然后，這些自由原子與第二種分子反應物（例如氫、氟、二硫化碳或臭氧）發生元反應，獲得反應產物的粒子數反轉而產生激光。
純化學型
這種運轉方式要比上述的原子態激勵型更為先進和實用。其特點是不需要外界各種能源，完全靠體系本身的化學反應自由能（見吉布斯函數）來得到所需要的自由原子。例如用NO+F2或D2+F2燃燒解離來得到氟原子。然后，氟原子與氫分子(或氘分子）反應，獲得激發態的HF*（或DF*）的粒子數反轉而產生激光。CS2+O2燃燒體系也屬此類。
傳能轉移型
這類體系〔例如DF-CO2或 O2(a′Δ）-I〕的特點是化學反應產生的激發態粒子〔DF 或 O2(a′Δ）〕通過共振傳能過程，將所儲能量轉移給激光工作粒子二氧化碳或碘原子實現反轉而產生激光，O2(a′Δ）為電子激發態氧。 原子態激勵型和傳能轉移型可以連續波或脈沖方式工作；光解離型以脈沖方式工作；純化學型以連續波方式工作。
反轉方式
化學激光器通過化學反應來實現粒子數的反轉，而且有不同的反轉方式，在反應初始階段往往出現全反轉分布，即反應產生的分子產物的高振動能級的分子數Nv+1比低振動能級的分子數Nv多，即振動能級之間存在粒子數反轉狀態。此時激光腔內P支（ΔJ=-1）、Q支（ΔJ=0）、R支（ΔJ=+1）輻射躍遷，都可能產生激光。隨著分子間相互碰撞交換能量以及級聯輻射躍遷，這種全反轉分布會逐步過渡到部分反轉分布，直至最后反轉完全消失。此外，還有些反應甚至一開始就產生部分反轉分布。其意義在于，即使高振動能級的分子數Nv+1比低振動能級的分子數Nv少，振動能級之間可以不存在粒子數反轉，但其中某些振動－轉動能級之間的分子數，仍然存在著（Nv+1,J/gJ）>（Nv,J+1/gJ+1）的關系（J為轉動能級的量子數；g為能級簡并度），即局部振轉能級之間依舊存在著粒子數反轉狀態。此時激光腔內只能以P支躍遷發射激光，增益也不如全反轉為高。反應過程所以能出現這種部分反轉現象，是由于振動自由度的弛豫速率遠比轉動自由度為慢，兩者之間未能及時建立平衡，振動溫度往往遠高于轉動溫度；Nv+1比起Nv又少不了多少，因而 P支反轉就有可能發生。這是氣體或化學分子激光中粒子數反轉的一種特殊情況。氟化氫和一氧化碳化學激光體系就是按上述的反轉方式發射激光的。除振動－轉動能級外，某些分子的電子-振動能級也可能產生部分反轉現象。