Как следует из ее названия, в системе Thin Disk Laser (TDL) использован тонкий дисковый лазер, один из типов твердотельных лазеров, разработанный еще в 1990-е года. Вместо стержней, используемых в подавляющем большинстве твердотельных лазеров, в качестве рабочего тела TDL-лазера используется слой излучающего когерентный свет материала, толщина которого в несколько раз и даже в несколько десятков раз меньше диаметра луча испускаемого света. Этот тонкий слой действует одновременно как резонатор, как усилитель света внешней оптической накачки и как зеркало, отражающее лазерный луч.
Толстое основание, на котором укреплен диск, выступает в качестве теплоотвода, быстро отводящего паразитное тепло, выделяющееся при работе лазера. Эффективное охлаждение позволяет значительно, в разы, увеличить мощность и эффективность твердотельного лазера. В опытном образце системы Thin Disk Laser system компании Boeing используется не один большой дисковый лазер, система состоит из множества небольших промышленных лазеров, производящих один высокоэнергетический луч света.