既然飞秒激光拥有如此庞大的瞬间功率，它又可以应用在那些研究领域呢？一个最简单的应用是高分辨率的Ｘ光摄影。当使用一个兆瓦级的激光照射一个金属表面时，由于激光的超强电场会加速电子，这些电子撞击到周遭的原子之后便会产生Ｘ光。传统的Ｘ光摄影由于电子束无法聚焦到很小的程度，因此分辨率只能达到毫米尺度，而利用激光聚焦产生的Ｘ光束就可以产生微米尺度的分辨率，对于拍摄微小的结构，包括初期的肿瘤等，有更好的效果。 

    美国的国家实验室 Lawrence Livermore National Laboratory 在 2000 年时，利用激光所产生的 50 万大气压力的强大光压，把氘气挤压成为金属状态，传统的加压技术无法达到这个程度，但现在利用强场激光却可以轻易地达成。 

    此外，激光所推动的高速电子流可以产生极为强大的环形磁场，比目前能制造出来最强磁场的超导磁铁的磁场高出数千倍，若继续加强电场，则可以在真空中产生正负电子对，透过干涉仪观察极化的真空状态，可以更加深入地研究量子力学的基本理论。 

    如果让兆瓦级的激光和高速电子束迎面撞击，由于这时激光会以为高速前进的电子束是一面高速前进的镜子，在都卜勒效应的作用下，1.5 GeV 的电子会产生 30 MeV 的伽玛射线。这样的伽玛射线具有可调频率且同方向前进的特性，可以触发核反应、制作同位素，甚至用来研究元素形成的途径。