双光子物理（又称双伽马物理）是粒子物理学中描述两个光子间相互作用的一个分支。一般来说，光束在发生交叉时并不会发生扰动。在一些特定的光学材料中，如果光束的强度足够高，那么这些光束就可以通过一系列的非线性效应彼此影响。在纯真空的环境中，如果双光子系统的质心能量足够大，那么就会发生由光引起的较弱的光散射。另外，如果该能量高于某一阈值，部分能量就会转化为新的物质。 天文学现象
由于双光子散射的原因，可观测的伽马射线谱的能量都会低于。造成散射的光子通常来自宇宙微波背景辐射。在两个光子的不变质量静止的参考系中，两个光子都是具有足以产生电子-反电子对能量的γ射线。 实验研究
双光子物理学可以借助高能粒子对撞机来进行研究，其中加速的粒子并不是光子本身，而是可以辐射光子的带电粒子。欧洲核子研究组织的大型电子正子对撞机曾进行过相关研究。如果横向动量发生移动且挠度足够大时，所产生的电子中的一个甚或是两个都有可能被探测到。另外一些在相互作用中产生的粒子会被大型粒子探测器追踪，以重建相互作用的整体过程。 