X射线激光器和普通激光器类似，可由驱动源、工作物质和谐振腔三部分组成。驱动源是高功率激光器、高压放电装置甚至核装置等能向工作物质馈送能量的激励装置，普遍采用的是高功率激光器。
工作物质是驱动源产生的等离子体，所以这种激光也称为等离子体X射线激光。软X射线激光的光腔由多层膜X射线反射镜、多层膜输出耦合(分光)镜和工作物质组成。
由于X射线波长很短，工作物质是高温高密度的等离子体，在这种环境条件下光学器件很容易被破坏，加之在等离子体中维持增益系数足够大的时间(寿命)短，因此多程放大的机会小，通常采用单程放大(放大的自发辐射)。
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