Монохромати́ческое излуче́ние (от моно… и греч. χρῶμα – цвет), электромагнитное излучение одной определённой и строго постоянной частоты. Происхождение термина «монохроматическое излучение» связано с тем, что каждая частота световых волн воспринимается человеком как какой-либо цвет. Понятие «монохроматическое излучение» применяется не только к электромагнитным волнам видимого диапазона (длиной 0,4–0,7 мкм), но и к волнам ИК-, УФ-, рентгеновского и других диапазонов, хотя никакого ощущения цвета эти волны не вызывают.
Теория электромагнитного излучения, основанная на уравнениях Максвелла, описывает любое монохроматическое излучение как гармоническое колебание, происходящее с неизменными амплитудой и частотой в течение бесконечно долгого времени. Однако реальные процессы излучения всегда ограничены во времени, поэтому понятие «монохроматическое излучение» является идеализацией. Естественное излучение обычно представляет собой сумму некоторого числа монохроматических волн со случайными амплитудами, частотами, фазами, поляризацией и направлением распространения. Чем у́же интервал, к которому принадлежат частоты наблюдаемого излучения, тем оно ближе к монохроматическому.
Излучение, соответствующее отдельным линиям спектров испускания свободных атомов (например, атомов разреженного газа), очень близко к монохроматическому излучению. Каждая из таких линий соответствует переходу атома из состояния m с большей энергией в состояние n с меньшей энергией. При строго фиксированных значениях энергии ℰm и ℰn атом излучал бы монохроматическое излучение с частотой νmn = (ℰm – ℰn)/h, где h – постоянная Планка. Однако в возбуждённом состоянии атом может находиться лишь малое время Δt (обычно порядка 10–8 с), и вследствие соотношения неопределённостей для энергии и времени жизни квантового состояния (Δℰ ⋅ Δt = h) излучению каждой линии спектра соответствует интервал частот Δνmn = Δ/h = 1/h. Поскольку излучение не может быть идеально монохроматическим по своей природе, монохроматическим принято считать излучение с очень узким спектральным интервалом, который можно лишь приближённо характеризовать одной частотой или длиной волны.
Приборы, с помощью которых из реального излучения выделяют очень узкие спектральные интервалы, называют монохроматорами. Монохроматичность выделенного спектрального интервала характеризуют величиной k, определяемой как отношение интервала частот Δν (длин волн Δλ) к средней частоте ν0 интервала (длине волны λ0). Наибольшей монохроматичностью обладает лазерное излучение (k ∼ 10–12).