Optical pumping é um processo em que a luz é usada para elevar (ou “bombear”) electrões de um nível de energia mais baixo num átomo ou molécula para um mais alto. É normalmente utilizado na construção a laser, para bombear o meio laser activo de modo a obter uma inversão populacional. A técnica foi desenvolvida por Alfred Kastler, Prémio Nobel de 1966, no início dos anos 50.
Optical pumping também é usado para bombear ciclicamente electrões ligados dentro de um átomo ou molécula a um estado quântico bem definido. Para o caso mais simples de bombeamento óptico coerente de dois níveis de uma espécie atómica contendo um único electrão de casca exterior, isto significa que o electrão é bombeado coerentemente para um único sub-nível hiperfino (rotulado m F {\displaystyle m_{F}!} 
Na prática, pode não ocorrer um bombeamento óptico completamente coerente devido ao aumento da largura da linha de uma transição e a efeitos indesejáveis, tais como o aprisionamento de estruturas hiperfinas e o aprisionamento de radiação. Portanto, a orientação do átomo depende mais geralmente da freqüência, intensidade, polarização, largura de banda espectral do laser, bem como da largura da linha e da probabilidade de transição de absorção da transição.
Um experimento de bombeamento óptico é comumente encontrado em laboratórios de graduação em física, usando isótopos de gás rubídio e mostrando a capacidade da radiação eletromagnética de radiofreqüência (MHz) de bombear e desbombar efetivamente esses isótopos.