Un láser de helio-neón se basa en un tubo lleno de una mezcla de gas helio y neón. Una descarga eléctrica excita los átomos de helio, que transfieren su energía a los átomos de neón durante las colisiones. El neón tiene varias transiciones láser, la más popular en la región espectral roja a 632,8 nm, con otras a 1,15 µm, 543,5 nm (verde), 594 nm (amarillo), 612 nm (naranja) y 3,39 µm. Se selecciona una determinada longitud de onda mediante el uso de espejos resonadores adecuados. Debido a la baja ganancia del láser, la pérdida del resonador tiene que ser pequeña, normalmente inferior al 1%.
La configuración anterior se basa en un tubo de vidrio que puede utilizarse con diferentes conjuntos de espejos y está terminado con ventanas Brewster. Los dispositivos de bajo coste suelen tener espejos internos que no se pueden intercambiar.
Los láseres HeNe típicos tienen una célula de gas con una longitud de aproximadamente 20 cm, y pueden generar unos pocos milivatios de potencia de salida en funcionamiento de onda continua a 632,8 nm, utilizando varios vatios de potencia eléctrica. La calidad del haz suele ser excelente.
Los láseres de helio-neón, en particular los dispositivos estándar que funcionan a 632,8 nm, se utilizan a menudo con fines de alineación y compiten con los diodos láser, que son más compactos y eficientes pero tienen propiedades de haz menos convenientes.