О́птика то́нких слоёв, раздел физической оптики, в котором изучается прохождение оптического излучения (света) через один или несколько непоглощающих слоёв вещества, толщина которых соизмерима с длиной световой волны. Определяющую роль в оптике тонких слоёв играет интерференция света между частично отражаемыми на верхних и нижних границах слоёв световыми волнами, в результате чего происходит усиление или ослабление прошедшего или отражённого света. При этом эффект зависит от разности хода лучей, вносимой оптической толщиной слоёв, длины волны света, угла падения и др. Такие слои можно создать на подложках из стекла, кварца или других оптических сред путём термического испарения, химического осаждения из газовой фазы, катодного распыления или в результате химических реакций материала подложки с выбранным веществом. Для получения тонких слоёв используют оксиды $\text{Al}_{2}\text{O}_{3}$ (показатель преломления ${n}$ = 1,59), $\text{SiO}_{2}$ (1,46), $\text{TiO}_{2}$ (2,2–2,6); фториды $\text{MgF}_{2}$ (1,38), $\text{CaF}_{2}$ (1,24), $\text{LiF}$ (1,35); сульфиды $\text{ZnS}$ (2,35), $\text{CdS}$ (2,6) и другие соединения, а также $\text{Si}$ (3,5) и $\text{Ge}$ (4,0).

Важнейшее практическое применение оптики тонких слоёв – уменьшение отражательной способности поверхностей оптических деталей (линз, пластин и др.); подробнее см. в статье Просветление оптики. Нанося многослойные покрытия из большого числа (13–19 и более) чередующихся слоёв с высоким и низким ${n}$, получают зеркала с коэффициентом отражения до 99,5 % в сравнительно узкой спектральной области видимого, УФ- и ИК-диапазонов. Коэффициент отражения таких зеркал зависит от длины волны излучения и от угла падения. Применяя многослойные покрытия, разделяют падающее излучение на прошедшее и отражённое с минимальными потерями на поглощение. Системы из чередующихся слоёв с высоким и низким ${n}$ используют как интерференционные поляризаторы, отражающие составляющую излучения, поляризованную перпендикулярно плоскости падения, и пропускающие составляющую, поляризованную параллельно плоскости падения. Степень поляризации для многослойных тонкоплёночных поляризаторов в проходящем свете может достигать 99 % (см. Поляризация света, Поляризационные приборы). Оптика тонких слоёв позволила создать интерференционные светофильтры, выделяющие из спектральной области шириной в 500 нм интервалы длин волн 0,1–0,15 нм. Тонкие диэлектрические слои применяют для защиты металлических зеркал от коррозии и при исправлении аберраций линз. Тонкослойные покрытия на оптических деталях широко используют в лазерной технике, при создании интерферометров Фабри – Перро, при изготовлении дихроичных зеркал, применяемых в цветном телевидении. Светочувствительные слои фотокатодов и болометров, как правило, представляют собой тонкослойные покрытия.