激光光束在介质中传输，介质将吸收一部分激光能量，从而引起介质的温度、折射率、形状或是介质质量分布发生变化，这些变化反过来又会影响激光光束的传输与聚焦。在大功率激光加工中，这种热透镜效应尤其明显。根据激光束在导光系统中传输与聚焦的不同，可以把热透镜效应分为激光固体热透镜效应与激光空气热透镜效应。
  激光固体热透镜效应：激光固体热透镜效应是指激光束通过透镜进行聚焦时，透镜将吸收一部分激光，从而不断被加热，发生膨胀，使透镜的曲率半径逐渐变小，焦距逐渐变短，最后达到稳定。为实现无焦点偏移的大范围激光加工，要采用一个可移动的补偿透镜来聚焦透镜及其本身所产生的热透镜效应；在大功率CO2激光加工的导光系统中通常采用一组反射镜来传输激光束能量。这将使反射的温度升高，产生热变形，影响激光束的传输与聚焦，当反射镜冷却效果不好时，反射镜的变形将使激光束在传输过程中光束扩大，从而影响激光束的聚焦状态。
  激光空气热透镜效应：激光空气热透镜效应指激光在空气中传输，空气吸收一部分激光能量后，对光束的传输与聚焦产生的影响。小功率CO2激光束在小范围内传输，空气对CO2激光束的吸收非常弱，基本上不存在空气热透镜效应。但随着功率的提高，以及CO2激光器排放大量CO2气体到周围空气中，引起CO2气体在空气中浓度增加，空气形成一定强度的共振吸收，其所形成的空气热透镜效应是不可忽略的，此外，透镜和反射镜的缺陷，空气湍流以及导光系统中气体的种类等也会影响激光束的传输与聚焦。