『機動戦士ガンダム00』の世界観である西暦で登場する「GNビームサーベル」は、陽電子で作り出した空間に圧縮したGN粒子を充填することで刃を形成する。このため、陽電子の作用によって実体剣を受け止めることができる。また、ファーストシーズンに登場するユニオン陣営やAEU陣営の最新MSは、ビームサーベル開発の過程で作られた装備としてEカーボン製の刃からプラズマを伸展するソニックブレイド（プラズマソード）を装備している。このビームサーベルの派生兵器として、ガンダムエクシアが装備するGNビームダガーが存在し、後継機のダブルオーガンダムでは、出力調整により両方の用途で使用できるビームサーベルが装備された。また、ダブルオーガンダムが装備するGNソードIIIなど、刀身にGN粒子を纏わせることで、実体剣でありながらビームサーベルの性質を持たせることが可能なものも存在する。この実体剣の方を主要武器としているため、他作品に比べてビームサーベルの使用・活躍頻度は少なめである。
『機動戦士ガンダムSEED』および『機動戦士ガンダムSEED DESTINY』をはじめとするコズミック・イラを世界観とするシリーズ作品に登場するビームサーベルは、ミラージュコロイド用の磁場形成理論の応用技術によってビームを刃状に固定したもので、ビーム刃の色はピンク、イエロー、グリーンなどで表される。特性としては、ビームサーベルは互いに反発する性質がなく、すり抜けるためそれを防ぐためにビーム兵器に対する耐性を備えさせた「シールド」を装備している。この世界観の対ビーム用防護技術としては、振動鋼材によってシールドに共振現象を発生させ、破壊力を減衰させるというもの、対ビームコーティングを用いたもの、ラミネート装甲によって装甲全体に分散させるものが存在する。また、ビームブーメランとビームライフルといった特定のビームの組み合わせではビーム抑制フィールド同士が干渉し、激突する事もある。
『∀ガンダム』の正暦世界にあっては、∀ガンダムのビームサーベルはプラズマエネルギーを電磁場で刀状に封止た物であると説明されている。作中ではこれを持った手首を高速回転させてビームシールドのように用いたこともある。
『機動新世紀ガンダムX』をはじめとするアフターウォーを世界観とする作品に登場するビームサーベルには、この世界観独自の詳細な設定が確認されていない。GX系列の機体のものはサテライトシステムからマニピュレーターを通じてエネルギーを供給しているため他のものより出力が高い両刃剣状の刀身を形成し、柄の部分も出力の高さを想定したかなり大きめなものとして作られており「ビームサーベル」とは呼ばれず「ビームソード」と呼ばれる。一般にガンダムヴァサーゴや一部の量産機の持つものが「ビームサーベル」である。派生兵器としてビームナイフやビームカッター、ビームジャベリンそして、設定のみであるが宇宙世紀のΖガンダムの使用するロングビームサーベルと同じ機構が存在する。
『新機動戦記ガンダムW』をはじめとするアフターコロニーを世界観とする作品においては、最初期の戦闘用MSであるトールギスの時点で既に実用化されていた兵装となる。ただし、ガンダニュウム合金系素材を使用した特定機体のビームサーベルはその材質の耐性によってビーム発生装置が桁外れの出力を持ち、複合的なビーム層を生成して減衰率を低減し水中のような環境でもまったく減衰せず目標を破壊する事が可能。発生器から荷電粒子を放出して発生した強力な磁界フィールドによって意図的に電離領域を生成し制御することで、ビームそのものではなくビームの周囲の超々高熱の空間が目標を破壊するという設定である。A.C.世界のガンダムに装備されたビームサーベル系武装の発光色は基本的にグリーンで統一されており、OZなどその他の機体はおおむねピンクに統一されている。発光色の差異が上記の兵器性能の違いを表現する演出とみることもできる。
『機動武闘伝Gガンダム』をはじめとする未来世紀を世界観とする作品に登場するビームサーベルは、いわゆるビームガンなどの通常のビーム技術ではなく、ナノテクノロジーのシールド技術を応用した擬似ビームである。これは高熱高圧の核融合反応を封じ込めるために開発された分子物質であり、一定の負荷を与えることにより分子間を接続を強め形を作る性質を持つ。ガンダムファイト開催中に地球を覆っているビームロープや、モビルトレースシステムのコクピット内で使用されているビームもこの技術を応用している。他にもボルトガンダムのビームチェーンも存在している。本来の擬似ビームは熱量をもたないため、ビームサーベルではわざと熱量を付加して攻撃用途に使用できるよう調整されている。
2012年10月22日、シャイリーン・ウッドリーが主人公トリス・プライアー役に起用されたと報じられた。ルーカス・ティル、ジャック・レイノール、ジェレミー・アーヴァイン、アレックス・ペティファー、アレクサンダー・ルドウィグ、ブレントン・スウェイツ、ルーク・ブレイシーがフォー・イートン役の候補であった。しかし、2013年3月15日、テオ・ジェームズがフォー・イートン役に決定した。テオは原作のフォーの年齢よりも10歳上だが、原作者のベロニカ・ロスはこのキャスティングを好意的に評価しており「ほんの数秒で彼がフォーだと確信した。何の問題もなかった。テオならフォーの内面の深さと敏感さを表現できるだけでなく、威厳と力強さをも表現できるだろう。」と述べている。また、ロスはテオとシャイリーンの組み合わせについても、「テオはシャイリーンのトリス役の強烈な存在感に太刀打ちできる。考えただけで興奮する。」と述べている。また、プロデューサーはこのキャスティングに関して、「しっかりとフォーを演じられる俳優を探すのに時間がかかった。テオはフォーを完璧に演じるだろう。ベロニカはフォーというある種偶像的なキャラクターを作り上げた。製作開始を待ちきれないよ。一刻も早く世界中の何百万というファンに本作を届けたい。」と述べている。2013年3月15日、レイ・スティーブンソン、ジェイ・コートニー、アーロン・エッカートの3人にキャスト入りのオファーがあったと報じられた。 結局、スティーブンソンはマーカス・イートン役に、コートニーはエリック役に決定した。2013年1月24日、ケイト・ウィンスレットに本作のオファーがあることが報じられた。ウィンスレットはジャニーヌ・マシューズを演じることが決定した。ウインスレットは初めて悪役を演じることに関して、「私は馬鹿じゃないわ。悪役を一度も演じたことがなくてもアイデアは頭に入ってくる。私は驚くべき類の人間なのよ。」と述べている。ウィンスレットは本作に出演するにあたって、初日の撮影から共演者と距離を置いた。このことに関してウィンスレットは「本当は共演者と距離を置くことなく『大丈夫よ。私、本当は愉快な人間なのよ。』といいたかったわ。でも私は共演者に自分のことをどうしようもないビッチだと思わせたかったの」と述べている。