EFL znajdują zastosowania w: fizyce atomowej i jądrowej, do badania poziomów energetycznych, badaniach mikrostruktur, badania plazmy i gęstej gorącej materii, technologii do badania dynamiki reakcji chemicznych w materii skondensowanej, litografii wielkiej skali integracji.
Zasada działania Wiązka elektronów thumb|Schemat układu magnesów w undulatorze oraz droga elektronów i promieniowanie Wiązka elektronów musi być przyspieszona do prędkości bliskiej prędkości światła, co uzyskuje się w różnych akceleratorach. Energia elektronów jest konieczna do uzyskania fotonów o odpowiedniej energii, oraz zapewnienia małej rozbieżności wiązki uzyskiwanych fotonów. Oprócz energii elektronów jakość wiązki elektronów jest najważniejszym problemem w działaniu lasera na swobodnych elektronach. Rozkład prędkości osiowej wiązki musi być mały. Zazwyczaj rozpiętość energii elektronów w wiązce musi wynosić 1% lub mniej energii elektronu, przy czym mniejsza długość emitowanej fali zwiększa wymagania co do rozkładu energii elektronów w wiązce. Dlatego lasery krótszych fal stawiają większe wymagania od konstrukcji akceleratorów.