środek wzmacniający lasera, jak sugeruje jego nazwa, jest mieszaniną helu i gazów neonowych, w stosunku około 5:1, zawartą pod niskim ciśnieniem w szklanej otoczce. Mieszaniną gazów jest głównie Hel, dzięki czemu atomy helu mogą być wzbudzone. Wzbudzone atomy helu zderzają się z atomami neonu, wzbudzając niektóre z nich do stanu, który promieniuje 632,8 nm. Bez helu Atomy neonów byłyby wzbudzane głównie do niższych stanów wzbudzonych, odpowiedzialnych za linie Nie-laserowe.
laser neonowy bez helu może być skonstruowany, ale jest znacznie trudniejszy bez tego środka sprzężenia energii. W związku z tym laser He-Ne, który stracił wystarczającą ilość helu (np. z powodu dyfuzji przez uszczelki lub szkło), straci swoją funkcjonalność lasera, ponieważ wydajność pompowania będzie zbyt niska. Źródło energii lub pompy lasera jest dostarczane przez wyładowanie elektryczne wysokiego napięcia przepuszczane przez gaz między elektrodami (anodą i katodą) w rurze. Prąd stały od 3 do 20 mA jest zwykle wymagany do pracy w trybie CW. Wnęka optyczna lasera składa się zwykle z dwóch wklęsłych lusterek lub jednej płaszczyzny i jednego wklęsłego lusterka: jednego o bardzo wysokim (zazwyczaj 99,9%) współczynniku odbicia, oraz wyjściowego lusterka sprzęgającego umożliwiającego transmisję około 1%.
komercyjne lasery He-Ne są stosunkowo małymi urządzeniami, wśród laserów gazowych, o długościach wnęki zwykle od 15 do 50 cm (ale czasami nawet do ok.miernik do osiągnięcia najwyższych mocy), a optyczne poziomy mocy wyjściowej w zakresie od 0,5 do 50 mW.
Czerwony Laser He-Ne o długości fali 633 nm ma rzeczywistą długość fali próżniowej 632,991 nm lub około 632,816 nm w powietrzu. Długości fal stymulowanych trybów emisji mieszczą się w granicach 0.001 nm powyżej lub poniżej tej wartości, a długości fal tych trybów przesuwają się w tym zakresie z powodu rozszerzalności cieplnej i kurczenia się wnęki. Wersje stabilizowane częstotliwościowo umożliwiają określenie długości fali pojedynczego trybu w granicach 1 części na 108 za pomocą techniki porównywania mocy dwóch trybów podłużnych w przeciwnych polaryzacjach. Absolutną stabilizację częstotliwości lasera (lub długości fali) tak cienkiej jak 2,5 części w 1011 można uzyskać za pomocą komórki absorpcji jodu.
mechanizm powodujący inwersję populacji i wzmocnienie światła w plazmie laserowej he-Ne powstaje w wyniku nieelastycznego zderzenia elektronów energetycznych z atomami helu w stanie podstawowym.Mieszanka gazowa. Jak pokazano na załączonym diagramie poziomu energii, zderzenia te pobudzają atomy helu ze stanu podstawowego do wyższych stanów wzbudzonych energii, wśród nich 23S1 i 21s0 (LS lub sprzężenie Russella–Saundersa, przednia Liczba 2 wskazuje, że wzbudzony elektron jest stanem N = 2) są długowiecznymi Stanami metastabilnymi. Ze względu na przypadkową bliską zbieżność poziomów energetycznych dwóch stanów Metastabilnych He i poziomów 5S2 i 4S2 ( notacja Paschena) neonu, zderzenia między tymi atomami metastabilnymi helu i atomami neonów w stanie podstawowym prowadzą do selektywnego i skutecznego przenoszenia energii wzbudzenia z Helu do neonu. Ten proces przenoszenia energii wzbudzenia jest podany przez równania reakcji
He*(23s1) + Ne1S0 → He (1S0) + Ne*4S2 + ΔE, He * (21s) + Ne1S0 + ΔE → He (1S0) + Ne*5S2,
gdzie * reprezentuje stan wzbudzenia, a ΔE jest małą różnicą energii między Stanami energetycznymi dwóch atomów, rzędu 0,05 eV lub 387 cm-1, która jest dostarczana przez kinetyczną energia. Wzbudzenie-transfer energii zwiększa populację poziomów 4S2 i 5S2 o wiele razy. Gdy populacja tych dwóch wyższych poziomów przekracza odpowiadający im niższy poziom, 3p4, z którym są one optycznie związane, występuje inwersja populacji. Medium staje się zdolne do wzmacniania światła w wąskim paśmie przy 1,15 µm (odpowiadającym przejściu 4s2 do 3P4) i w wąskim paśmie przy 632,8 nm (odpowiadającemu przejściu 5s2 do 3P4). Poziom 3P4 jest skutecznie opróżniany przez szybki rozpad radiacyjny do stanu 3s, ostatecznie osiągając stan podstawowy.
pozostałym krokiem w wykorzystaniu wzmocnienia optycznego do stworzenia oscylatora optycznego jest umieszczenie silnie odbijających się luster na każdym końcu ośrodka wzmacniającego, tak aby fala w określonym trybie przestrzennym odbiła się z powrotem na sobie, zyskując więcej mocy w każdym przejściu niż jest tracona z powodu transmisji przez lustra i dyfrakcję. Gdy warunki te są spełnione dla jednego lub więcej trybów wzdłużnych, wówczas promieniowanie w tych trybach będzie gwałtownie narastać, dopóki nie nastąpi nasycenie wzmocnienia, co skutkuje stabilną ciągłą wiązką laserową przez przednie (zazwyczaj odbijające 99%) lustro.
pasmo wzmocnienia lasera He-Ne jest zdominowane przez rozszerzanie dopplerowskie, a nie Rozszerzanie ciśnienia z powodu niskiego ciśnienia gazu, a zatem jest dość wąskie: tylko około 1,5 GHz pełnej szerokości dla przejścia 633 nm. W przypadku ubytków o typowych długościach od 15 do 50 cm pozwala to na jednoczesne oscylowanie od 2 do 8 trybów wzdłużnych (jednak do specjalnych zastosowań dostępne są jednostki jednomodowe). Widoczna moc czerwonego lasera He-Ne, długa długość koherencji i doskonała jakość przestrzenna sprawiają, że laser ten jest użytecznym źródłem holografii i jako odniesienie do długości fali w spektroskopii. Stabilizowany laser He-Ne jest również jednym z systemów odniesienia dla definicji miernika.
przed wynalezieniem tanich, obfitych laserów diodowych, czerwone lasery He-Ne były szeroko stosowane w skanerach kodów kreskowych w kasach supermarketów. Żyroskopy laserowe wykorzystywały lasery He-Ne pracujące z prędkością 633 nm w konfiguracji lasera pierścieniowego. Lasery He-Ne są na ogół obecne w edukacyjnych i badawczych laboratoriach optycznych.