自由电子激光是利用自由电子为工作媒质产生的强相干辐射，它的产生机理不同于原子内束缚电子的受激辐射。自由电子激光的概念是J.Maday于1971年在他的博士论文中首次提出的，并在1976年和他的同事们在斯坦福大学实现了远红外自由电子激光，观察到了10.6μm波长的光放大。自那以后，许多国家都开展了关于自由电子激光的理论与实验研究。
自由电子激光的基本原理是通过自由电子和辐射的相互作用，电子将能量转送给辐射而使辐射强度增大。
自由电子激光具有一系列已有激光光源无法替代的优点。例如，频率连续可调，频谱范围广，峰值功率和平均功率大，且可调，相干性好，偏振强，具有ps量级脉冲的时间结构，且时间结构可控，等等。中国科学院高能所已于1993年制成我国第一台自由电子激光装置。