光學，是物理學的分支，主要是研究光的現象、性質與應用，包括光與物質之間的交互作用、光學儀器的製作。光學通常研究紅外線、紫外線及可見光的物理行為。因為光是電磁波，其它形式的電磁輻射，例如X射線、微波、電磁輻射及無線電波等等也具有類似光的特性。英文術語「optics」源自古希臘字「ὀπτική」，意為名詞「看見」、「視見」。
大多數常見的光學現象都可以用古典電動力學理論來說明。但是，通常這全套理論很難實際應用，必需先假定簡單模型。幾何光學的模型最為容易使用。它試圖將光當作射線，能夠直線移動，並且在遇到不同介質時會改變方向；它能夠解釋像直線傳播、反射、折射等等很多光線現象。物理光學的模型比較精密，它把光當作是傳播於介質的波動。除了反射、折射以外，它還能夠以波性質來解釋向前傳播、干涉、偏振等等光學現象。幾何光學不能解釋這些比較複雜的光學現象。在歷史上，光的射線模形首先被發展完善，然後才是光的波動模形.
很多現象涉及到光的波粒二象性。只有量子力學能夠解釋這些現象。在量子力學裏，光被視為由一群稱為光子的粒子組成。量子光學專門研究怎樣用量子力學來解釋光學現象。
進一步將光學細分類。光的純科學領域，通常被稱為光學或「光學物理」。應用光學通常被稱為光學工程。光學工程中涉及到照明系統的部分，被特別稱為「照明工程」。每一個分支在應用、技術、焦點以及專業關聯上，都有很大不同。在光學工程中，比較新的發現，通常被歸類為光子學。
因為光學在實際中被廣泛應用，光學物理和工程光學，在領域上，有很大程度的互相交叉。光學也與電子工程、物理學、天文學、醫學等許多學科密切相關。很多關鍵科技都能找到光學的研究果實，包括鏡子、透鏡、望遠鏡、顯微鏡、雷射、光纖、發光二極體、光伏等等。