Инверсная заселенность энергетических уровней — неравновесное состояние среды, при котором число частиц (атомов, молекул), находящихся на верхних энергетических уровнях, т. Е. В возбужденном состоянии, больше, чем число частиц, находящихся на нижних энергетических уровнях.
При тепловом равновесии в обычных условиях на верхних уровнях частиц меньше, чем на нижних, и при прохождении электромагнитного излучения через вещество процесс поглощения преобладает над процессом излучения. Инверсная заселенность — необходимое условие для генерации и усиления электромагнитных волн (см. Лазер).