这一技术早期的主要目的是为了精确测量各种原子参数，用于高分辨率
激光光谱和超高精度的
量子频标(
原子钟)，后来成为实现原子
玻色-爱因斯坦凝聚的关键实验方法。虽然早在20世纪初人们就注意到光对
原子有辐射压力作用，只是在激光器发明之后，才发展了利用
光压改变原子速度的技术。激光冷却有许多应用，如：原子光学、原子刻蚀、原子钟、
光学晶格、
光镊子、玻色-爱因斯坦凝聚、
原子激光、高分辨率光谱以及光和物质的相互作用的基础研究等等。但冷却和捕捉
中性原子比捕捉离子更困难。
人们发现，当原子在频率略低于
原子跃迁能级差且相向传播的一对激光束中运动时，由于
多普勒效应，原子倾向于吸收与原子运动方向相反的光子，而对与其相同方向行进的光子吸收几率较小;吸收后的光子将
各向同性地
自发辐射。平均地看来，两束激光的净作用是产生一个与
原子运动方向相反的
阻尼力，从而使原子的运动减缓(即冷却下来)。1985年
美国国家标准与技术研究院的菲利浦斯(willam D.Phillips)和
斯坦福大学的
朱棣文(Steven Chu)首先实现了激光冷却原子的实验，并得到了极低温度(240 microKelvin)的钠
原子气体。他们进一步用三维激光束形成
磁光阱偏振梯度冷却、磁感应冷却等等。
朱棣文、
柯亨-达诺基和菲利浦斯三人也因此而获得了1997年
诺贝尔物理学奖。
大家都知道激光有亮度高的特点，利用这个特点可以在极短的时间内在极小的范围内使被
激光照射的物体接受到极高的能量。用这种技术可以进行
金属焊接和施行人体手术等。
1985年
朱棣文等利用激光冷却的方法获得当时实验室内达到的最低温度，即2.4x10-4K，这已非常接近
绝对零度了，但永远达不到0 K，目前已经可以实现picoKelvin量级的冷却。