Ла́зерное разделе́ние изото́пов, разделение изотопов в результате избирательного воздействия лазерного излучения на выделяемый изотоп. Основой лазерного разделения изотопов является наличие т. н. изотопического сдвига в спектрах поглощения атомов или молекул: сдвига относительно друг друга спектральных линий различных изотопов одного элемента, а также молекул, содержащих различные изотопы одного элемента. Это позволяет избирательно возбуждать определённые изотопы и содержащие их молекулы; при этом лазер настраивается по длине волны на линию поглощения одного из изотопов смеси. Первые теоретические и экспериментальные работы по разделению изотопов с помощью лазерного излучения выполнены в США и СССР в конце1960 – начале 1970-х гг.

Для выделения из смеси возбуждённого изотопа (или молекул, содержащих изотоп) применяются различные методы, которые делятся на 2 группы – атомарные и молекулярные (в зависимости от используемого рабочего вещества). Наиболее эффективный в практическом применении атомарный метод – фотоионизация возбуждённых атомов. Ионизация производится квантами излучения с энергией, достаточной для ионизации возбуждённых изотопов и недостаточной для ионизации невозбуждённых. В дальнейшем ионы экстрагируются из потока нейтральных частиц электрическим полем и собираются на коллекторе, а неионизованные изотопы осаждаются на сборнике отвала. Наиболее эффективный молекулярный метод – фотодиссоциация возбуждённых молекул, при которой продукты диссоциации выпадают в осадок.

Другие методы выделения изотопа из смеси базируются на различии скорости химической реакции возбуждённых и невозбуждённых атомов или молекул с каким-либо реагентом, различии сечений рассеяния частиц в возбуждённом и основном состояниях, появлении импульса отдачи атомов при селективном возбуждении. Рассматривается также метод разделения изотопов за счёт замедления конденсации возбуждённых частиц при расширении газового потока и др.

Лазерное разделение изотопов является универсальным методом, применимым к изотопам различных химических элементов. Он позволяет выделять один изотоп из смеси, а не разделять смесь на лёгкие и тяжёлые изотопы, как в механических методах разделения. Лазерное разделение изотопов используют при выделении $^{235}\text{U}$ для создания ядерного топлива, при выделении редких изотопов с естественным содержанием в смеси менее 1% (например, изотопа иттербия, применяемого в медицине), получении сверхчистого $^{12}\text{С}$ для нужд микроэлектроники и др.