Optisches Pumpen ist ein Prozess, bei dem Licht verwendet wird, um Elektronen von einem niedrigeren Energieniveau in einem Atom oder Molekül auf ein höheres anzuheben (oder zu „pumpen“). Es wird häufig beim Bau von Lasern eingesetzt, um das aktive Lasermedium zu pumpen und so eine Besetzungsinversion zu erreichen. Die Technik wurde von Alfred Kastler, Nobelpreisträger von 1966, in den frühen 1950er Jahren entwickelt.
Optisches Pumpen wird auch verwendet, um in einem Atom oder Molekül gebundene Elektronen zyklisch in einen wohldefinierten Quantenzustand zu pumpen. Für den einfachsten Fall des kohärenten optischen Pumpens eines Atoms mit zwei Niveaus, das ein einzelnes Elektron in der äußeren Schale enthält, bedeutet dies, dass das Elektron kohärent auf ein einzelnes Hyperfein-Niveau gepumpt wird (bezeichnet mit m F {\displaystyle m_{F}\!} 
In der Praxis kann es sein, dass ein vollständig kohärentes optisches Pumpen aufgrund der Leistungsverbreiterung der Linienbreite eines Übergangs und unerwünschter Effekte wie Hyperfeinstruktur- und Strahlungseinfang nicht möglich ist. Daher hängt die Ausrichtung des Atoms allgemeiner von der Frequenz, der Intensität, der Polarisation, der spektralen Bandbreite des Lasers sowie der Linienbreite und der Übergangswahrscheinlichkeit des absorbierenden Übergangs ab.
Ein optisches Pumpexperiment findet sich häufig in den Labors der Physikstudenten, wobei Rubidium-Gasisotope verwendet werden und die Fähigkeit der hochfrequenten (MHz) elektromagnetischen Strahlung, diese Isotope effektiv zu pumpen und zu entpumpen, gezeigt wird.