X射線激光器和普通激光器類似，可由驅動源、工作物質和諧振腔三部分組成。驅動源是高功率激光器、高壓放電裝置甚至核裝置等能向工作物質饋送能量的激勵裝置，普遍采用的是高功率激光器。
工作物質是驅動源產生的等離子體，所以這種激光也稱為等離子體X射線激光。軟X射線激光的光腔由多層膜X射線反射鏡、多層膜輸出耦合(分光)鏡和工作物質組成。
由于X射線波長很短，工作物質是高溫高密度的等離子體，在這種環境條件下光學器件很容易被破壞，加之在等離子體中維持增益系數足夠大的時間(壽命)短，因此多程放大的機會小，通常采用單程放大(放大的自發輻射)。