激光破碎岩石实质上一个岩石清除过程，在此过程中，使用激光诱导热应力在岩石表面产生裂缝，以在其熔化之前变成小碎块。当高强度的激光聚焦在岩石上时，岩石有着很低的热传导率，从而引起局部岩石表面温度瞬时增加，这就导致局部的热应力将岩石破碎。早先的实验数据表明，激光破碎岩石是激光清除岩石机理中能量效率最高的，并且与常规钻井和喷射钻井相比，有着更高的岩石清除效率。
研究工作表明，由于增加了微裂缝结构，激光在岩石上的应用明显降低了岩石的机械强度，并且通过传导热流产生了拉应力场。机械钻进采用传统钻头机械作用实现。
在选型方面，由于激光器发射较强的高能光子束，热能量传输较高，选取耐高温材料型钻头效果最佳，如金刚石钻头、PDC钻头等。传统机械钻进在使用上技术相对成熟，在激光机械混合钻进初期应尽量保证机械钻进不受影响的情况下配合使用激光钻进，以免造成不必要的损失。激光混合机械钻进是激光机械交替作用的过程，是对激光周期及机械周期进行的合理分配。激光钻进适用于高密度岩层区域，其作用周期除激光钻进还应包括冷却预处理周期。由于激光钻进的同时会伴随井下温度的骤升，冷却周期的重要性不可忽视。机械钻进周期则作用于其以外的工作时间段。激光钻进的热稳定性较差，长期作用严重影响井下环境，对井壁稳定性造成重大威胁，选用激光机械交替周期作用外加冷却处理机制是激光混合机械钻进的重要解决方案。作用周期的交替和冷却性能的强弱密切相关，是目前混合钻进的重要研究方向。
激光钻进的岩屑清除方式如下：融化和蒸发：岩石表面温度达到岩石熔化点；热力破碎：由于岩石表面迅速加热而产生很大的压力，此压力超过了岩石强度；机械破碎：机械地钻开岩石；化学反应：使用岩石溶解剂。更为先进而实用的激光钻头的设计思想在于在常规钻头结构基础上配置激光发射器。激光发射装置包括井上部分和井下部分，井上部分属于激光生成控制台，井下属于激光束发射部位，上下通过纤维光缆链接。
由于激光热能较高，容易造成井下温度过高，钻头设计要应考虑降温处理问题。（1）井口部件：在地面上安装激光发生装置。产生的激光束通过工业激光器上常使用的纤维光缆传输到井下。（2）井下部件：井下部分由激光机械混合钻头及纤维电缆构成，钻头中间配置有激光发射头，通过纤维电缆与井口部件进行连接与能量传递。另配置外加冷处理装置，配合水眼及时有效控制井下温度，有助于缩短激光机械交替工作周期。（3）分离部件：混合钻头应具备激光部件与钻头分离装置。由于激光部件相对价格比较昂对，损坏后维修较为困难，在设计设计允许情况下应尽量保证激光部件能够卸载，既能保证激光部件不受损失。又能继续使用钻头进行机械钻进。
设计初期可以添加一些额外的辅助设备以提高效率，包括：（1）激光能量控制器：通过调整激光频率和密度微调激光能量，保证激光能量的相对稳定；（2）阀门：由钻头本身材质配置成的阀门，将其安置在钻头中心底部，作为激光头的开关；（3）井下电缆：井下电缆用于很多操作中，如控制激光、提供能量以及信息传输；（4）计算机处理台：收集分析数据信息，对激光机械周期进行现场检测，通过数据信息采集对给各类设备进行有效调整操作。
优点：（1）更快的机械钻速；（2）钻头磨损小，钻头寿命长；（3）起下钻次数减少；（4）可用于所有类型（水平井、垂直井、定向井）的钻井；（5）同一个激光发生装置可以多次重复利用。
缺点：（1）激光能量传送不稳定；（2）容易造成井下温度过高；（3）降温难处理；（4）在高温情况下泥浆易脱水变成粉末；（5）钻井液易受热气化等。鉴于激光会产生较大的热能，在设计钻头时，可以考虑添加伸缩装置控制激光发射器井下位置。在使用激光照射岩层时，可以让激光发射器与钻头保持一定距离，以防止高温对钻头材料发生作用；同时增加水眼数量，提高降温效率；加大对纤维电缆防震的研究，保证在钻井过程能量的传输；对钻头的进行合理的价值评估。
