Trong vật lý, đặc biệt là trong cơ học thống kê, đảo ngược mật độ xảy ra khi một hệ thống (chẳng hạn như một nhóm nguyên tử hoặc phân tử) tồn tại ở một trạng thái mà số hạt (nguyên tử hoặc phân tử) ở trạng thái năng lượng kích thích nhiều hơn số hạt ở trạng thái năng lượng cơ bản. Khái niệm này đóng một vai trò quan trọng trong khoa học laser, bởi vì đảo ngược mật độ là một bước cơ bản của một máy phát laser tiêu chuẩn.