Inwersja obsadzeń W klasycznym laserze inwersję obsadzeń uzyskuje się dzięki wzbudzeniu odpowiedniej liczby elektronów do pasma przewodnictwa. W QCL inwersją steruje się za pomocą inżynierii czasów życia poszczególnych procesów: poziom wyższy lasera powinien mieć dłuższy czas życia niż poziom niższy. Jednym ze sposobów uzyskania krótkiego czasu przejścia ze stanu niższego na stan podstawowy (czyli czasu życia poziomu niższego) jest takie zaprojektowanie tych poziomów, że energia między nimi równa będzie energii rezonansowej fononów optycznych. W takich warunkach przejście elektronu z emisją fononu optycznego ma wysokie prawdopodobieństwo, a co za tym idzie – krótki czas życia.
Cechy charakterystyczne QCL wyróżnia wąska linia emisji. W pierwszych laserach kaskadowych FWHM linii emisyjnej było rzędu kilkudziesięciu meV. Główną przyczyną tego zjawiska jest fakt, że emisja zachodzi pomiędzy podpasmami o takiej samej paraboliczności, w przeciwieństwie do diody laserowej, gdzie elektron i dziura pochodzą z pasm o przeciwnej paraboliczności.