中紅外波與大多數液體、氣體和非金屬(如塑料、玻璃或生物組織)的基本振動頻率共振，從圖中可以看出，水、甲烷、CO2和聚合物的強吸收波段大多位于中紅外波段，所以在環境氣體監測和分析，顯微鏡、微創激光手術和非金屬激光加工(切割、鉆孔、表面處理等)等方面有重要應用。
左圖為重要分子和材料的吸收帶

中紅外區還包含兩個主要的大氣透射窗口(3-5μm和8-12μm區域)，這些光譜窗口內的激光可以遠距離傳播，從而在防御(如導彈對抗)等領域有多種應用。
左圖表示中紅外波段的大氣傳輸率更高

中紅外覆蓋了分子最重要的光譜特征，使該波段成為分子傳感的理想指紋區域，并可以優化開發緊湊的片上傳感器，用于環境監測，工業過程控制甚至醫療診斷。
左圖展示了重要痕量氣體的光譜特征

硅和鍺是強非線性材料，在中紅外波段大部分是透明的，光子集成電路在中紅外環境下，設計的無限靈活性可以顯著增強四波混頻、受激拉曼散射和布里淵散射等新型非線性效應。例如，緊湊的超連續光譜和光頻梳已經被證明使用非線性PICs。當實驗中使用近紅外激光器(波長< 2.2um)時，這些非線性效應被波導中雙光子吸收(TPA)導致的自由載流子吸收和色散所衰減，這時可以通過使用發射2.5 μ m以上的中紅外激光器來解決。

硅和鍺的相對透射率，硅中有害雙光子吸收(TPA)占主導地位的光譜區，Femtum激光器是中紅外集成光子學的理想波段。