Многофото́нные проце́ссы, процессы взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, при которых в одном элементарном акте происходит поглощение или испускание (или и то и другое) нескольких фотонов. При этом совершается т. н. многофотонный переход между квантовыми состояниями ${|1⟩}$ и ${|2⟩}$, соответствующими уровням энергии ${ℰ_{1}}$ и ${ℰ_{2}}$ отдельных квантовых систем (атомов, молекул, примесных центров и т. п.). Разность энергий конечного ${|2⟩}$ и начального ${|1⟩}$ состояний ${ℰ_{2} – ℰ_{1}}$ равна разности энергий поглощённых и испущенных фотонов и определяет их частоту ${ω = (ℰ_{2} – ℰ_{1})/ \hbar}$, где $\hbar$ – постоянная Планка.

Многофотонные процессы составляют основу разнообразных эффектов, проявляющихся в изменении характеристик электромагнитного излучения, состояния и свойств вещества. К ним относятся многофотонное поглощение света и испускание, многофотонная ионизация атомов и молекул, многофотонный фотоэффект, различные виды рассеяния света и др. Каждый фотон, возникающий при многофотонном процессе, может испускаться либо спонтанно, либо под действием внешнего излучения. В соответствии с этим многофотонные процессы подразделяют на спонтанные и вынужденные (индуцированные): спонтанное и вынужденное рассеяние света, спонтанное и вынужденное многофотонное излучение (см. статьи Комбинационное рассеяние света, Рассеяние Мандельштама – Бриллюэна, Параметрическое рассеяние).

Многофотонные процессы, при которых конечное квантовое состояние многофотонного перехода совпадает с исходным, называют когерентными, т. к. в этом случае фазы взаимодействующих волн жёстко связаны между собой. К когерентным многофотонным процессам относятся генерация гармоник, генерация суммарных и разностных частот лазерного излучения, параметрическое усиление и генерация и др. (см. Нелинейная оптика).

Возможность тех или иных многофотонных процессов определяется правилами отбора для соответствующих многофотонных переходов. Эти правила существенно отличаются от таковых для однофотонных процессов поглощения и испускания.

Вероятность многофотонных процессов с участием ${m}$ фотонов резко зависит от интенсивности излучения. Поэтому до появления лазеров кроме однофотонных процессов наблюдались только двухфотонные процессы при рассеянии света: резонансная люминесценция, рэлеевское рассеяние света, спонтанное комбинационное рассеяние света и рассеяние Мандельштама – Бриллюэна. Высокие интенсивности лазерного излучения позволяют наблюдать многофотонные процессы вплоть до ${m ≈ 20–30}$ и более.