Нелине́йная о́птика, раздел оптики, в котором исследуется совокупность оптических явлений, наблюдающихся при взаимодействии интенсивных световых полей с веществом. Сильное световое поле изменяет оптические свойства среды, в частности поляризация среды начинает нелинейно зависеть от напряженности электрического поля световой волны. В нелинейной оптике исследуются и используются многофотонные процессы, преобразование частоты света, вынужденные комбинационное рассеяние света и Мандельштама — Бриллюэна рассеяние, самофокусировка света, обращение волнового фронта и др. На основе нелинейной оптики созданы параметрические генераторы света (с перестраиваемой частотой), оптические модуляторы и др.