Optinen pumppaus on prosessi, jossa valoa käytetään nostamaan (tai ”pumppaamaan”) elektroneja atomin tai molekyylin alemmalta energiatasolta korkeammalle. Sitä käytetään yleisesti laserrakentamisessa aktiivisen lasermedian pumppaamiseen, jotta saavutetaan populaatioinversio. Tekniikan kehitti vuoden 1966 Nobel-palkittu Alfred Kastler 1950-luvun alussa.
Optista pumppausta käytetään myös atomin tai molekyylin sisällä sidottujen elektronien sykliseen pumppaamiseen hyvin määriteltyyn kvanttitilaan. Yksinkertaisimmassa tapauksessa, kun kyseessä on yhden ulkokuorielektronin sisältävän atomilajin koherentti kaksitasoinen optinen pumppaus, tämä tarkoittaa, että elektroni pumpataan koherentisti yhdelle hyperfiinitasolle (merkitty m F 
Käytännössä täysin koherenttia optista pumppausta ei välttämättä tapahdu siirtymän viivanleveyden tehon laajenemisen ja ei-toivottujen vaikutusten, kuten hyperfiinirakenteen vangitsemisen ja säteilyn vangitsemisen vuoksi. Siksi atomin suuntautuminen riippuu yleisemmin laserin taajuudesta, intensiteetistä, polarisaatiosta, spektrikaistanleveydestä sekä absorboivan siirtymän viivanleveydestä ja siirtymätodennäköisyydestä.
Optisen pumppauksen koe löytyy yleisesti fysiikan perustutkintolaboratorioista, joissa käytetään rubidiumkaasun isotooppeja ja näytetään radiotaajuisen (MHz) sähkömagneettisen säteilyn kykyä pumppaa ja irrottaa nämä isotoopit tehokkaasti.