激光雷达的两个方案分别是“非相干”或直接能量探测（反射幅度的主要测量）和相干定义（适合测量光反射的多普勒频移或相位变化）。相干系统通常采用光学外差探测.这比直接检测更灵敏，可以让它们在低功率条件下工作，但需要更复杂的收发器。在这两种情况下，都使用脉冲模型：微脉冲或高能脉冲。微脉冲系统采用间歇能量脉冲.它们的发展与计算机和激光技术的发展密不可分。
激光雷达是实现自主的关键技术之一，未来机器人和载人准确安全地登月。波长随目标的不同而变化：紫外线辐射范围从10纳米到250纳米不等。通常，光是在反向散射中反射的，而不是在镜子的纯反射中。不同的应用激光雷达使用不同类型的散射：常见的是雷利散射、毫米散射、拉曼散射和荧光响应。大气成分可以通过适当的波长组合来去除，同时确定与波相关的反向信号强度的变化。
激光雷达利用紫外线、可见光或近红光来获取物体的图像。它可以形成各种材料，包括非金属物体、岩石、雨水、化合物、气溶胶、云甚至单个分子。窄激光束能以极高的分辨率绘制物体的物理特性；例如，激光雷达飞机可以构成30厘米（12英寸）或更高分辨率的地形。激光雷达的基本概念是1930年提出的，玉里恩信。它设想使用大功率探照灯探测大气层。事实上，激光雷达广泛应用于大气研究和气象学。