חלק מהיישומים המבטיחים של לייזר אלקטרונים חופשיים הם צבאיים. לכן, רוב המחקרים בנושא בוצעו במעבדות המחקר הלאומיות בארה"ב ובברית המועצות.
להפעלת הלייזר משתמשים בקרן אלקטרונים מואצים עד למהירויות הקרובות למהירות האור (אלקטרונים יחסותיים), תוך שימוש בזרמים של אלפי אמפרים ומתחים של אלפי וולטים.
מכאן נובעים החסרונות העיקריים של לייזר אלקטרונים חופשיים:
- ממדים גדולים עקב מאיץ האלקטרונים.
- מחיר גבוה.
- סיכוני קרינת X שיוצרים האלקטרונים המואצים.
