Atómová, molekulová a optická fyzika je súhrnné označenie fyzikálnych odvetví, ktoré sa zaoberajú štúdiom interakcií hmoty s hmotou a svetla s hmotou v mierke štruktúr s veľkosťou atómov. Tieto tri odvetvia sa spomínajú spolu kvôli príbuznosti a podobnosti metód, ktoré používajú, ako aj podobných energií, ktoré tu vystupujú. Fyzici niekedy tieto odvetvia označujú skratkou "AMO" fyzika. Všetky tri odvetvia zahŕňajú tak klasické ako aj kvantové postup.