Atomien optinen orientaatio on spatiaalisen orientaation vaikutus, joka aiheutuu atomien virityksestä ympyräpolarisoidulla valolla. Löysi ranskalainen fyysikko Alfred Kastler , joka sai Nobel-palkinnon atomien optisesta tutkimuksesta.
Atomilla tulee olla tiloja, joiden liikemäärä on l = ±½ pohja- ja viritystilassa. Ympyräpolarisaatiosta johtuen siirtymä tapahtuu momentin muutoksella 1. Siten vain yksi siirtymä (l = -½ - l = +½) on mahdollinen, johon liittyy atomin momentin uudelleensuuntautuminen z-akselia pitkin. Relaksaatio puolestaan kulkee minkä tahansa kanavan läpi yhtä suurella todennäköisyydellä. On olemassa atomien lukumäärän ulosvirtaus momentilla -½ ja tasatodennäköinen relaksaatio tiloihin momentilla ±½. -½-tila tyhjenee jatkuvalla ulosvirtauksella. Siten atomien momentti suuntautuu z-akselia pitkin. Klassinen esimerkki on Cs-atomien orientaatio.