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As mitocôndrias são “as usinas de energia celular” em nossas células e, como tal, convertem moléculas de alimentos e oxigênio em energia (ATP) por fosforilação oxidativa. O comprimento de onda ideal foi estimado em cerca de 810 nm.

O fóton deve ser absorvido por bandas de absorção eletrônica pertencentes a um aceptor de fótons ou cromóforo (primeira lei da fotobiologia). Acredita-se que os efeitos a longo prazo do LLLT sejam devidos à ativação de vários fatores de transcrição pelas moléculas de sinalização química imediata produzidas a partir da estimulação mitocondrial pelo LLLT. 

A “janela óptica” em um tecido descreve uma faixa de comprimentos de onda em que a penetração da luz no tecido é maximizada pelo emprego de comprimentos de onda do vermelho e do infravermelho próximo. A LLLT é capaz de produzir uma mudança no potencial redox celular geral na direção de maior oxidação, aumentando as espécies reativas de oxigênio (ROS) e diminuindo as espécies reativas de nitrogênio (RNS).

Foi proposto que a citocromo c oxidase (COX) é o fotorreceptor único para a faixa de comprimento de onda vermelho-NIR em células de mamíferos. O óxido nítrico (NO) produzido nas mitocôndrias pode ativar a respiração ao se ligar à COX e deslocar o oxigênio e hidrogênio, especialmente em células lesadas ou hipóxicas. Propõe- -se que o LLLT pode fotoassociar o NO da COX e reverter a inibição mitocondrial da respiração devido à ligação excessiva do NO.