Em ciência, especificamente em mecânica estatística, uma inversão de população ocorre quando um sistema (como um grupo de átomos ou moléculas) existe em um estado com mais membros em um estado excitado do que em estados com energia mais baixa. É chamada "inversão" pelo fato de, nos sistemas físicos mais familiares e comuns encontrados, isto não ser possível. O conceito é de fundamental importância em ciência do laser pois a produção de uma inversão de população é um passo necessário no funcionamento de um laser.