原子光學（Atom optics）是研究低溫原子束波動性的科學。包括原子的“幾何光學”和“波動光學”。
和一束光一樣，原子束具有波動性，也會發生干涉和衍射，被菲涅爾波帶片或者原子鏡聚焦。溫度為1mK時，原子的德布羅意波長可達微米的數量級。
所以可以利用原子束成像。不過一直到2006年，利用原子束成像的效果還沒一台光學顯微鏡好。這主要歸咎於聚焦元件，這些聚焦元件的數值孔徑都比較小。之所以小，是因為原子鏡利用的是掠入射，入射角要接近九十度。入射角小了反射率就急劇下降。所以有效的入射角就被限制在一個小範圍之內。如果想要發射率在入射角較小時仍然保持可以接受的值，則需要超低溫（波色-愛因斯坦凝聚態）。不過這跟俘獲有關，已經超出了光學的範疇。當然啦，原子光學是不會不研究這些東西的。
原子光學最近幾年有很大的發展，在Atom Nano-Optics, evanescent field lenses引和ridged mirrors引引等方面都有不錯的文章問世。特別值得一提的是，原子全息照相已經成為可能。
