L'installation utilisera la technique du confinement inertiel pour permettre aux scientifiques d'étudier la fusion nucléaire et les autres domaines d'utilisation des plasmas extrêmement denses.
La mise en œuvre de ce concept dans le NIF utilise 192 faisceaux laser de grande puissance, qui, après un parcours d'environ 300 mètres, sont focalisés sur une cible située au centre d'une « chambre d'expériences », sphère métallique de 10 mètres de diamètre. La cible, constituée d'une capsule recouverte de béryllium, renfermant un mélange de deutérium et de tritium servant de combustible de fusion, est ainsi comprimée jusqu'à des densités de 1 kg/cm³, soit environ 6 fois la densité du centre du Soleil. L'ensemble développera une puissance de 500 térawatts (1 000 fois la puissance électrique produite à tout instant par les États-Unis, en 2010), mais pendant une période de quelques nanosecondes (milliardièmes de seconde) seulement, pour parvenir à l'effet désiré. En octobre 2005, une première tranche de huit lasers était achevée.
Le résultat espéré est la réalisation de réactions de fusion nucléaire auto-entretenues. La fin de la construction du NIF est prévue en 2009, la première ignition étant planifiée pour 2010. Dans la proposition d'origine, au début des années 1990, le coût d'un « super laser » avait été estimé à moins de 700 millions de dollars. L'évaluation du coût total de l'installation est à présent comprise entre 3,5 et 6 milliards de dollars.