Ла́зерное ускоре́ние заряженных частиц, основано на использовании электрических полей, создаваемых мощными импульсами лазерного излучения в вакууме или веществе. Применение лазерного ускорения для электронов впервые предложено японским физиком Симодой Коити и российскими физиками А. А. Коломенским и А. Н. Лебедевым в начале 1960-х гг., непосредственно после создания лазеров. В 1979 г. американские учёные Тадзима Тосики и Дж. М. Доусон выдвинули идею использования лазеров для ускорения электронов в плазме. Эта идея близка к коллективному методу ускорения, разрабатывавшемуся под руководством Я. Б. Файнберга (ускорение на кильватерной волне).

Лазерный импульс создаёт высокую напряжённость ускоряющего электрического поля (до 1014 В/м), что позволяет уменьшить длину ускорителя на несколько порядков. Начало активного экспериментального развития лазерного ускорения связано с получением в середине 1980-х гг. световых импульсов длительностью менее 1 пкс и мощностью несколько сотен ТВт. В 2000 г. открыт эффект ускорения ионов при облучении тонкой фольги высокоинтенсивными лазерными импульсами. При этом лазерный импульс выбивает из фольги облако электронов, электрическое поле которого ускоряет ионы газа, адсорбированного на поверхности фольги.

Основным недостатком лазерного ускорения является больший, по сравнению с традиционными ускорителями, энергетический и угловой разброс частиц. Возможное решение этой проблемы при ускорении электронов в плазме связывают с новым режимом ускорения, открытым в 2004 г. В этом режиме используется лазерный импульс, мощность которого выше порога разрушения кильватерной волны, а длина сравнима с длиной волны плазменных колебаний. Тогда за импульсом образуется сферическая область, обеднённая электронами (т. н. bubble – пузырь). Электроны плазмы, попавшие в эту область, ускоряясь, приобретают примерно одинаковую энергию. Пучки ионов близкой энергии предполагается получать при использовании мишеней из фольги, на поверхности которой создан слой (толщиной около 1 нм), являющийся источником ускоряемых ионов.

К началу 21 в. рассматриваются следующие перспективы практического применения лазерного ускорения заряженных частиц. Это использование ускорителей на кильватерной волне для генерации синхротронного излучения, компактных лазерных ускорителей ионов для протонной радиографии и радиационной терапии онкологических заболеваний. Лазерное ускорение может использоваться также для нагрева плазмы при реализации инерциального термоядерного синтеза. Проводится поиск возможностей применения лазерного ускорения частиц до сверхвысоких энергий (электронов – до 1 ТэВ, протонов – до нескольких ГэВ).