冷光美白作用機理是將美白劑中過氧化物釋放出來的原子氧，加速滲入到牙齒的硬組織，從而對牙齒起到美白作用。它是一種化學性美白，通過過氧化氫、過氧化脲等美白劑對牙齒進行美白。通過把美白劑塗在牙齒表面，通過特殊波長的藍光進行照射來完成美白作用。藥劑根據品牌不同，濃度也有所不同，但主要作用機理都是通過釋放原子氧對牙齒表面進行氧化、漂白。冷光美白的實質從化學本質上來講是一個氧化還原反應，既可以被氧化，也可以被還原，是個可逆反應。所以漂白的牙齒經過一段時間也可以變黃。
