Az optikai pumpálás olyan folyamat, amelyben a fényt arra használják, hogy az elektronokat egy atom vagy molekula alacsonyabb energiaszintjéről egy magasabbra emeljék (vagy “pumpálják”). Általában a lézerkonstrukciókban használják az aktív lézermédium pumpálására, hogy populációinverziót érjenek el. A technikát az 1966-os Nobel-díjas Alfred Kastler fejlesztette ki az 1950-es évek elején.
Az optikai pumpálást arra is használják, hogy az atomban vagy molekulában kötött elektronokat ciklikusan jól meghatározott kvantumállapotba pumpálják. Az egyetlen külső héjelektront tartalmazó atomi faj koherens kétszintű optikai pumpálásának legegyszerűbb esetére ez azt jelenti, hogy az elektront koherensen egyetlen hiperfinom részszintre (m F {\displaystyle m_{F}\!} 
A gyakorlatban a teljesen koherens optikai pumpálás az átmenet vonalszélességének teljesítmény-bővülése és olyan nemkívánatos hatások miatt, mint a hiperfinomszerkezeti csapdázás és a sugárzási csapdázás, nem fordulhat elő. Ezért az atom orientációja általánosabban a lézer frekvenciájától, intenzitásától, polarizációjától, spektrális sávszélességétől, valamint az elnyelő átmenet vonalszélességétől és átmenet valószínűségétől függ.
A fizika alapszakos laboratóriumokban gyakran megtalálható egy optikai pumpálási kísérlet, amely rubídium gázizotópokat használ, és amely megmutatja, hogy a rádiófrekvenciás (MHz) elektromágneses sugárzás hatékonyan képes pumpálni és kipumpálni ezeket az izotópokat.