薄膜干涉（thin-film interference）是一種自然現象，主要由於薄膜上下邊界反射的光波相互干擾，導致反射光增強或減少。當薄膜的厚度是其入射光源的1/4波長的奇數倍時，則來自兩道表面的反射光波會彼此干擾而相互抵消；而當厚度是光的1/2波長的倍數時，則這兩道反射光波會相互加強。因此，當由一系列波長組成的白光照射到薄膜上時，部分波長（顏色）會增強，而其他波長（顏色）則會衰減。

       在光學研究中，薄膜通常是指厚度介在奈米（10^-9 公尺）到微米（10^-6 公尺)範圍內的一層材料。當光線照射到薄膜表面時，會穿透上層表面，或者是在上層表面直接反射。接著當穿透的光到達底層時，可能再次穿透或反射。從上層表面和底層表面反射的兩道光，會由於光在薄膜上的入射角、光波相位差異、薄膜層的厚度或薄膜的折射率影響產生的建設性或破壞性干涉（constructive or destructive interference）。

由於入射到薄膜上的光會經由上層和下層邊界反射，因此可以計算反射光的光程差（optical path difference, OPD）來知道干涉條件。參考圖一的光線圖，兩個波之間的OPD如下：

其中

根據司乃耳定律(Snell’s Law） : 

如果光程差等於光波長（λ）的整數倍，則干涉將是建設性的 : 

圖一、入射光從薄膜的上層和下層邊界反射光的光程長度差異。

       如圖二中顯示了兩道入射光束A（橘色）和B（綠色），照射到薄膜時，各自產生一道反射光束（淡橘色與淡綠色），這些反射光束最後組合產生新的光束C （藍色）。如上圖所示，如果反射光束具有一樣相位（phase），則產生的光束C相對較強。如下圖所示，如果反射光束具有相反的相位，則產生的光束C會衰減。

       兩個反射光束的相位關係取決於薄膜中光束A的波長與薄膜厚度之間的關係。如果光束A在薄膜中傳播的總距離是薄膜中光束波長的整數倍，則兩個反射光束同相合併產生建設性相干涉（如上圖所示），光束的波長振幅變大，能量增強。如果光束A行進的距離是薄膜中光的一半波長的奇數倍，則光束會產生破壞性干涉（如下圖所示），則光束的波長振幅變小，能量減弱。

圖二、建設性相（上）與破壞性相（下）相互作用。

       當光從薄膜反射時，發生的干涉類型取決於入射光的波長和角度、薄膜的厚度、薄膜兩側材料的折射率以及薄膜介質的折射率。以下生活中常見的肥皂泡為例，解釋薄膜的自然現象。

       一個肥皂泡就是一個薄膜，它的表面厚度不均勻。光是由不同波長（顏色）組成，當光照射到肥皂泡，不同顏色光就會從表面反射出來。光是一種波，不同顏色有不同波長，當光波照射到一個半透明的薄膜時，一部分光被上表面反射回去，一部分被下表面反射回去，其餘的光會透射過去。

       例如，當一道藍色光照射到肥皂表面，可以看見一部分光被上表面反射回去，一部分被下表面反射回去，其餘的光會透射過去。在這個位置，肥皂泡的厚度與光波的長度相對應，如此上下表面反射的光波，可以完美疊加，形成較強的藍色反射光。此時若紅色光照射到同厚度的肥皂泡，因為紅光的波長比較長，上下表面反射的光波，無法完全疊加，相互減弱，形成較弱的紅色反射光。依據此現象，可以將全光譜反射數據記錄下來，知道光波波長，所以可以利用肥皂泡顏色，確認其厚度。