La absorción de dos fotones es un proceso en el cual un electrón en una molécula o átomo, como resultado de la absorción de dos fotones de radiación externa, pasa de un estado ligado a otro. En este caso, la diferencia de energía entre los estados de un electrón es igual a la suma de las energías de dos fotones. Dado que la probabilidad de absorción de un fotón es proporcional a la intensidad de la luz excitante, y la probabilidad de absorción de dos fotones en un evento elemental es proporcional al cuadrado de la intensidad de la luz, a alta intensidad de luz la absorción de dos fotones puede volverse dominante.