A hélium-neon lézer alapja egy hélium és neongáz keverékével töltött cső. Egy elektromos izzó kisülés gerjeszti a héliumatomokat, amelyek az ütközések során átadják energiájukat a neonatomoknak. A neonnak számos lézerátmenete van, a legnépszerűbb a 632,8 nm-es vörös színképi tartományban, továbbiak 1,15 µm-en, 543,5 nm-en (zöld), 594 nm-en (sárga), 612 nm-en (narancssárga) és 3,39 µm-en. Az adott hullámhossz kiválasztása megfelelő rezonátortükrök alkalmazásával történik. Az alacsony lézererősítés miatt a rezonátor veszteségének kicsinek kell lennie, jellemzően 1% alatt.
A fenti elrendezés alapja egy üvegcső, amely különböző tükörkészletekkel használható, és Brewster-ablakokkal van lezárva. Az olcsó eszközök gyakran belső tükrökkel rendelkeznek, amelyek nem cserélhetők.
A tipikus HeNe-lézerek gázcellája nagyjából 20 cm hosszú, és 632,8 nm-en folyamatos hullámú üzemben néhány milliwatt kimenő teljesítményt képesek előállítani, több watt elektromos teljesítmény felhasználásával. A sugár minősége általában kiváló.
A hélium-neon lézereket, különösen a 632,8 nm-en működő szabványos készülékeket gyakran használják igazítási célokra, és versenyeznek a lézerdiódákkal, amelyek kompaktabbak és hatékonyabbak, de kevésbé kényelmes sugárzási tulajdonságokkal rendelkeznek.