Статисти́ческая о́птика, раздел оптики, изучающий оптические явления и процессы, которые описываются теорией случайных процессов. Статистическая оптика исследует шумы и флуктуации в источниках оптического излучения, статистические проблемы взаимодействия световых полей с веществом, распространение оптических волн в случайно-неоднородных средах, статистические проблемы приёма и обработки информации в оптическом диапазоне длин волн и др.

Историю развития статистической оптики можно условно разделить на три периода: долазерный, лазерный и постлазерный (или новейший). До создания лазеров источники света были шумовыми; их поля адекватно описываются гауссовской статистикой. Излучение лазеров, как правило, имеет значительно подавленные амплитудные флуктуации и во многих случаях хорошо описывается как излучение с практически постоянной амплитудой, но со случайной фазой. Методы исследования таких источников могут быть как квантовомеханическими, так и полуклассическими. Постлазерный период характеризуется созданием источников полей с сугубо квантовыми свойствами, описываемыми субпуассоновской статистикой (см. Квантовая оптика). В зависимости от методов, применяемых для описания случайных оптических полей, выделяют волновую статистическую оптику и квантовую статистическую оптику. Статистические явления в оптике, связанные с регистрацией светового поля методом счёта отдельных фотонов, описываются статистикой фотоотсчётов.

Важное место в статистической оптике занимает теория когерентности, изучающая статистические свойства световых полей на основе анализа пространственно-временны́х корреляционных функций (функций когерентности) различных порядков. Корреляционные функции 2-го порядка используют для получения информации о пространственной и временно́й когерентностях; они измеряются соответственно интерферометрами Юнга и Майкельсона. Вид этих функций определяется только угловым и частотным спектром излучения. Корреляционные функции 4-го порядка (или корреляционные интенсивности 2-го порядка) зависят от статистики поля и позволяют отличить классические поля от квантовых. При распространении лазерных пучков в случайно-неоднородных и турбулентных средах их пространственная и временнáя когерентности ухудшаются, что даёт информацию о свойствах этих сред. Это направление исследований, весьма важное для оптической локации и оптической связи, выделяют в самостоятельный раздел.

Статистические явления в нелинейной оптике могут быть связаны как со статистикой излучения (нелазерные источники, лазерное излучение с несинхронизованными модами и др.), так и со статистикой среды (собственные электромагнитные флуктуации в среде, статистически неоднородные среды и др.). Случайная модуляция волн может существенно изменять характер и эффективность нелинейно-оптического взаимодействия. Методами нелинейной оптики можно получить пучки с фазой, комплексно сопряжённой с исходной (см. Обращение волнового фронта). Исследование флуктуаций излучения в лазерах позволяет анализировать динамику излучения; знание статистических свойств излучения даёт возможность использования лазеров в различных приложениях.