Optická orientace atomů je efekt prostorové orientace způsobený excitací atomů kruhově polarizovaným světlem. Objevil jej francouzský fyzik Alfred Kastler , který obdržel Nobelovu cenu za optický výzkum atomů.
Atom musí mít stavy s hybností l = ±½ v základním a excitovaném stavu. Díky kruhové polarizaci dochází k přechodu se změnou momentu o 1. Je tedy možný pouze jeden přechod (l = -½ až l = +½) doprovázený přeorientováním momentu atomu podél osy z. Na druhé straně relaxace prochází jakýmkoli kanálem se stejnou pravděpodobností. Dochází k odlivu počtu atomů s momentem -½ a ekvipravděpodobné relaxaci do stavů s momentem ±½. Stav -½ je vyčerpán neustálým odtokem. Tím se moment atomů orientuje podél osy z. Klasickým příkladem je orientace atomů Cs.