עד כה תוארו לייזרים בהם רמות האנרגיה מאפיינות מעברים אלקטרוניים.
רמות אנרגיה אלו מתאימות למעבר אלקטרונים מרמת אנרגיה אחת לאחרת.
למולקולות קיימות גם תת חלוקות לרמות אנרגיה נוספות הקשורות לתנודה (ויברציה), ולסיבוב (רוטציה) של המולקולה.
מכיוון שזוהי תת חלוקה, ההבדלים בין שתי רמות ויברציוניות שביניהן מתרחש תהליך הלזירה הם קטנים יותר.
לכן אורך הגל הקשור למעבר בין רמות ויברציוניות ארוך יותר, ונמצא בדרך כלל בתחום ספקטרום האינפרא – אדום.
מתוך הלייזרים המולקולריים, הלייזר הנפוץ ביותר הוא לייזר דו-תחמוצת הפחמן (פחמן דו חמצני), שחלק מיישומיו המרובים מתואר בפרק 9.
