Tvåfotonabsorption är en process där en elektron i en molekyl eller atom, som ett resultat av absorptionen av två fotoner av extern strålning, övergår från ett bundet tillstånd till ett annat. I detta fall är energiskillnaden mellan en elektrons tillstånd lika med summan av energierna för två fotoner. Eftersom sannolikheten för absorption av en foton är proportionell mot intensiteten av det exciterande ljuset, och sannolikheten för absorption av två fotoner i en elementär händelse är proportionell mot kvadraten av ljusintensiteten, kan tvåfotonabsorption vid hög ljusintensitet bli dominerande.