原子光学（Atom optics）是研究低温原子束波动性的科学。包括原子的“几何光学”和“波动光学”。

和一束光一样，原子束具有波动性，也会发生干涉和衍射，被菲涅尔波带片或者原子镜聚焦。温度为1mK时，原子的德布罗意波长可达微米的数量级。

所以可以利用原子束成像。不过一直到2006年，利用原子束成像的效果还没一台光学显微镜好。这主要归咎于聚焦元件，这些聚焦元件的数值孔径都比较小。之所以小，是因为原子镜利用的是掠入射，入射角要接近九十度。入射角小了反射率就急剧下降。所以有效的入射角就被限制在一个小范围之内。如果想要发射率在入射角较小时仍然保持可以接受的值，则需要超低温（波色-爱因斯坦凝聚态）。不过这跟俘获有关，已经超出了光学的范畴。当然啦，原子光学是不会不研究这些东西的。

原子光学最近几年有很大的发展，在Atom Nano-Optics, evanescent field lenses引和ridged mirrors引引等方面都有不错的文章问世。特别值得一提的是，原子全息照相已经成为可能。