Skonstruowanie lasera rentgenowskiego pozostawało dotychczas jedynie w sferze marzeń. TESLA może to marzenie urzeczywistnić. Dzięki wysokiej jakości wiązek cząstek, TESLA jako element napędzający "laserów na swobodnych elektronach" nadaje się doskonale do wytwarzania promieniowania rentgenowskiego o właściwościach światła laserowego. Jego intensywność i jakość przewyższy wiele tysięcy razy dotychczasowe źródła. TESLA otwiera zupełnie nowy świat dla badań z zastosowaniem promieniowania rentgenowskiego.

W takich układach magnetycznych, tzw. falownikach (undulatorach), wiązka elektronów wytwarza promieniowanie rentgenowskie o własnościach światła laserowego.

W fizyce, chemii, biologii, materiałoznawstwie i medycynie, laser rentgenowski TESLA pozwoli na nowe spojrzenie do wnętrza żywych komórek, molekuł i materiałów, umożliwi badanie ich struktur oraz zachodzących tam reakcji. Będzie to możliwe poprzez np.:

• badanie elektronowych właściwooci molekuł i skondensowanej materii
• trójwymiarowe, holograficzne zdjęcia struktur atomowych
• "filmy" procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych w wymiarach atomowych i w femtosekundowej skali czasu.

Laser rentgenowski TESLA funkcjonuje w oparciu o nowoczesną zasadę "laserów na swobodnych elektronach", w których bez zwierciadeł następuje wzmacnianie promieniowania. Wiązki elektronów z akceleratora odchylane są przez specjalny układ magnetyczny, falownik, który wprawia je w charakterystyczny ruch wężykowaty. W wyniku tego emitują one, początkowo spontanicznie, promieniowanie synchrotronowe. Poprzez wzajemne oddziaływanie tego promieniowania z elektronami, paczki elektronów zmieniają swoją strukturę (schemat na dole), zaczynają stopniowo promieniować "rytmicznie" - czyli koherentnie - i wytwarzają tym samym pożądany efekt laserowy.