To-fotonabsorption er en proces, hvor en elektron i et molekyle eller atom, som et resultat af absorptionen af to fotoner af ekstern stråling, går fra en bundet tilstand til en anden. I dette tilfælde er energiforskellen mellem en elektrons tilstand lig med summen af energierne af to fotoner. Da sandsynligheden for absorption af en foton er proportional med intensiteten af det exciterende lys, og sandsynligheden for absorption af to fotoner i en elementær begivenhed er proportional med kvadratet af lysintensiteten, kan to-fotonabsorption ved høj lysintensitet blive dominerende.