Молекуля́рная о́птика, раздел оптики, в котором изучают процессы взаимодействия оптического излучения с веществом, существенно зависящие от атомно-молекулярного строения последнего. Молекулярная оптика устанавливает связь между единичными актами взаимодействия оптического излучения с частицами вещества и макроскопическими параметрами этого вещества (например, показателем преломления). Именно так молекулярная оптика рассматривает дисперсию света, отражение света, преломление света, рассеяние света. Учитывать молекулярную структуру вещества для объяснения дисперсии впервые предложил О. Френель (1821). В ряду многих учёных, внёсших значительный вклад в исследование и объяснение этих эффектов в 19 в., следует назвать Д. Брюстера, Дж. К. Максвелла, Дж. Тиндаля, Дж. Рэлея, М. Смолуховского. Такие явления, как естественная и наведённая электрическим или магнитным полем оптическая активность, фотоупругость, вращение плоскости поляризации, рассмотренные в молекулярной оптике, дают информацию о свойствах веществ и о строении составляющих их частиц. Наблюдение и объяснение этих явлений связано с именами М. Фарадея (Эффект Фарадея), Дж. Керра (оптический, магнитооптический и электрооптический эффект Керра), Э. Коттона и А. Мутона (эффект Коттона – Мутона) и др.

Взаимодействие оптического излучения с частицами вещества определяется поляризуемостью атомов, молекул и ионов. Большинство молекулярно-оптических явлений объясняется электронной теорией (Х. Лоренц), но их полное теоретическое истолкование даёт квантовая механика, связавшая молекулярно-оптические постоянные со значениями уровней энергии и вероятностями перехода между этими уровнями.

Молекулярная оптика значительно изменилась с появлением лазеров, которые позволили измерять не только линейную, но и нелинейную восприимчивость вещества, наблюдать ряд новых эффектов, связанных с высокой интенсивностью лазерного излучения (многофотонное поглощение, люминесценцию, ионизацию и др.). Атомарные газы и пары́ используют для генерации высших гармоник лазерного излучения (см. статью Нелинейная оптика).

Методы молекулярной оптики широко применяются для исследования структуры отдельных молекул. Молекулярная оптика тесно связана с молекулярной спектроскопией.