При распространении мощного (в атмосферном воздухе более 10 ГВт) излучения оно не расходится вследствие дифракции, а локализуется вследствие самофокусировки в одну или несколько так называемых горячих точек. С расстоянием интенсивность горячих точек нарастает, пока не достигнет порога нелинейной (нарушающей эйнштейновские законы фотоэффекта) ионизации среды. Электроны, освобожденные в актах ионизации, останавливают рост интенсивности, стабилизируя ее на уровне около 100 ТВт/см² = 10¹⁴ Вт/см² (для воздуха). Формируется филамент. Если мощность импульса превышает около 100 ГВт, развивается множество филаментов (множественная филаментация). Филаментация в газах сопровождается множеством эффектов — генерацией широкополосного суперконтинуума в оптическом и терагерцовом диапазонах, формированием проводящего плазменного канала, его излучением, в т.ч. вынужденным, и даже генерацией ударных акустических волн.

Большинство экспериментов по филаментации выполнены с использованием коммерчески доступных фемтосекундных лазерных систем на титан-сапфире, генерирующих излучение с длиной волны около 800 нм (граница между видимой и инфракрасной частями спектра). Для таких импульсов физическая картина филаментации проработана и в основных моментах ясна. Однако для других центральных длин — среднего и дальнего инфракрасного, ультрафиолетового — она только строится. В настоящее время нами ведутся численные и теоретические исследования следующих явлений и проблем:
— филаментация и генерация суперконтинуума на протяженных трассах,
— слияние филаментов и суперфиламентация,
— филаментация среднего инфракрасного лазерного излучения,
— филаментация ультрафиолетового лазерного излучения.