LCLS-Ⅱ通过一个复杂的过程产生X射线。首先，研究人员使用紫外线激光器将电子从铜板中分离出来，然后用强烈的微波脉冲加速电子，这些电子随后穿过由数千块磁铁组成的“迷宫”。在此过程中，这些电子会来回摆动，并以可预测且可控的方式发射X射线。研究人员将这些X射线脉冲引导到物体上，可以对其内部结构进行成像。
LCLS-Ⅱ产生的X射线的亮度是医疗领域使用的X射线的1万亿倍，是其“前任”LCLS产生的X射线的1万倍。
SLAC的迈克·邓恩解释说，X射线的亮度之所以被提高，部分原因是他们翻新了3公里长的金属管，电子会通过该带有铌内衬的金属管。当被冷却到-271℃左右时，铌可以承受前所未有的高能电子。
澳大利亚乐卓博大学的纳迪亚·扎泽平指出，LCLS-Ⅱ让研究人员能以前所未有的细节观察原子尺度上的生物化学过程是如何发生的，使制作生物学过程的“分子电影”成为可能，比如哺乳动物视觉成像过程、光合作用、药物结合和基因调控等。
邓恩也表示，LCLS-Ⅱ能在极短时间内产生大量明亮的X射线，可以让研究人员看到材料内部发生了什么，比如用于人工光合设备或下一代半导体的材料、超导体等。LCLS-Ⅱ是一种用途非常广泛的研究工具，就像一个强大的显微镜，可以观察从量子材料到生物系统，从催化化学到原子物理的一切细节。
