光致游离或光电离是光子与原子或分子的交互作用导致离子形成的物理过程。
不是每个光子遇到原子或离子都能使它光致游离。光致游离的几率与光致游离截面相关联，这取决于光子的能量和所考虑的目标。对于能量在电离阈值以下的光子，光致电离截面接近于零。但随着脉冲激光器的发展，它变得可能创造非常高密度、相干多光子致游离出现的可能。在均匀的更高强度（大约1015 – 1016 W/cm2的红外线或可见光），非微扰的现象，如和都已经被观测到。
几个能量低于电离阈值的光子实际上可能结合它们的能量电离原子。这个概率随着所需光子的数量迅速降低，但非常高密度脉冲激光的发展，使这种情况依然可能。在微扰的状态（在光学频率大约低于1014），吸收个光子的可能概率取决于激光光的强度，表示为 。对更高的强度，这种乡性会变得无效，然后出现AC斯塔克效应。
共振增强多光子离子化（Resonance-enhanced multiphoton ionization，REMPI）是一种应用在原子和小分子光谱学的可调谐激光，可以用在检查激发中间态。
超阈值游离（Above threshold ionization，ATI）是多光子电离的扩充，让比电离原子实际所需要更多的光子被吸收。多余的能量让释放的电子，比通常只是上述阈值电离的电子，有更高的动能。更确切的说，在系统的光电子能谱上将有多个光子能量分离的峰值，这表示发射的电子比正常（最低可能的光子数量）电离状况下有更高的动能。从目标释放出来的电子大约会有接近整体数量的光能高于动能的电子。
当激光的强度进一步增加，或更长的波长被应用来比较多光子电离的地方，可以采用准静止的方法，并且结果是在束缚态和剩余的连续态之间有相对较低和狭窄的障壁出现而导致失真。然后，电子可以从隧道通过或以更大的扭曲甚至克服这个障碍，这种现象分别被称为穿隧电离和过障碍电离。
