Le rayon lumineux est une notion d'optique et un outil mathématique, utilisé principalement en optique géométrique, décrivant le trajet de la lumière de manière simplificatrice, valable uniquement lorsque le rayon lumineux se propage dans des milieux où les obstacles et composants optiques ont des dimensions très supérieures à la longueur d'onde. Un rayon lumineux n'a pas d'existence physique réelle et représente le cas idéal où il serait possible de sélectionner un faisceau parallèle infiniment fin de lumière.