הנתיב האופטי החיצוני של מכונת חיתוך לייזר משתמש בעיקר במערכת נתיב אופטי מעופף. קרן הלייזר הנפלטת ממחולל הלייזר עוברת דרך מראות 1, 2 ו-3 לעדשת המיקוד שעל ראש החיתוך, שם היא ממוקדת ליצירת נקודה על פני החומר המיועד לעיבוד. מראה 1 מקובעת לגוף המכונה; מראה 2 על הקורה הצולבת נעה בציר ה-x- יחד עם הקורה הצולבת; ומראה 3 בציר - z זזה בציר y- יחד עם ציר - z. כפי שניתן לראות מהדיאגרמה, במהלך תהליך החיתוך, אורך הנתיב האופטי משתנה כל הזמן כאשר הקרן הצולבת נעה בציר ה-x- וחלק ציר ה-z- נע בציר ה-y-.
נכון לעכשיו, עקב עלויות ייצור וגורמים אחרים, לקרני הלייזר הנפלטות מחוללי לייזר אזרחיים יש זווית סטייה מסוימת והן "חרוטיות". כאשר גובה ה"קונוס" משתנה (שווה ערך לשינוי באורך הנתיב האופטי של מכונת חיתוך הלייזר), גם שטח החתך- של הקרן על פני העדשה המתמקדת משתנה בהתאם. יתר על כן, לאור יש תכונות גל, לכן עקיפה היא בלתי נמנעת. עקיפה גורמת לאורה להתפשט לרוחב במהלך ההתפשטות. תופעה זו קיימת בכל המערכות האופטיות וקובעת את גבולות הביצועים התיאורטיים של מערכות אלו. בשל הצורה החרוטית של קרן גאוס והדיפרקציה של גלי אור, קוטר הקרן הפועלת על פני העדשה משתנה כל הזמן ככל שאורך הנתיב האופטי משתנה. הדבר גורם לשינויים בגודל ובעומק המוקד, אך משפיע מעט על מיקום המוקד. אם גודל המוקד והעומק משתנים במהלך עיבוד מתמשך, בהכרח תהיה לכך השפעה משמעותית על התהליך. לדוגמה, זה עלול לגרום לרוחבי גרס לא עקביים, לחיתוך לא שלם באותו כוח חיתוך, או אפילו אבלציה של החומר.
