Onder niet-lineaire optica (NLO) wordt verstaan het deelgebied van de optica dat het gedrag van licht in niet-lineaire media beschrijft, dat wil zeggen in media waarvan de diëlektrische polarisatie P niet-lineair reageert op de elektrische veldsterkte E van het licht. Deze niet-lineariteit treedt alleen op bij een zeer hoge lichtintensiteit, zoals die van pulslasers. In de niet-lineaire optica geldt het superpositiebeginsel niet meer.