О́птика неодноро́дных сред, раздел физической оптики, в котором изучаются явления, сопровождающие распространение оптического излучения в оптически неоднородных средах, показатель преломления ${n}$ которых различен в разных точках среды. Оптическими неоднородностями являются поверхности (или объёмы) внутри среды, на (или в) которых изменяется ${n}$. Независимо от физической природы неоднородности она всегда отклоняет свет от его первоначального направления. На поверхностях, разделяющих части среды с разными ${n}$, происходит отражение или преломление света, а в среде с микронеоднородностями, показатель преломления которых отличается от показателя преломления окружающей среды, – рассеяние света. Существенную роль в оптике неоднородных сред играет интерференция света между рассеянными, отражёнными и преломлёнными световыми волнами, а также падающей волной.

Оптически неоднородными являются мутные среды, в которых размеры оптических неоднородностей обычно превышают длину световой волны $\lambda$. Если неоднородность среды вызвана присутствием в ней мелкодисперсных коллоидных частиц, размеры которых сравнимы с длиной волны, то среда кажется совершенно прозрачной. Однако при наблюдении под углом около $90°$ к направлению падающего света обнаруживается свечение среды, обусловленное интенсивным рассеянием света (эффект Тиндаля). К неоднородным средам относят также вещества без инородных включений, в которых изменение ${n}$ в большом числе микрообъёмов, приводящее к рассеянию света, вызвано турбулентностью среды или флуктуациями плотности среды в результате хаотического теплового движения её молекул.

Интенсивность ${I}$ света, рассеиваемого непоглощающими диэлектрическими частицами, пропорциональна ${\lambda^{-p}}$, где ${p}$ – параметр, зависящий от отношения размеров частиц к длине волны $\lambda$. При рассеянии света на тепловых флуктуациях, размеры которых много меньше $\lambda$, выполняется соотношение ${I \propto \lambda^{-4}}$ (рэлеевское рассеяние). Для частиц, размеры которых много больше $\lambda$, параметр ${p}$ близок к нулю и рассеяние света определяется геометрическими эффектами преломления света на поверхностях раздела объёмов. В этом случае ${I}$ не зависит от $\lambda$, что и наблюдается при рассеянии света в туманах и облаках – они имеют белый цвет.

На изучении рассеяния света неоднородностями в газах, жидкостях и твёрдых телах основаны методы нефелометрии и ультрамикроскопии (см. Ультрамикроскоп), позволяющие определять концентрацию неоднородностей, изучать их природу и измерять размеры. Особый раздел оптики неоднородных сред составляет оптика тонких слоёв.