激光雷達是一種測量方法，它通過用脈沖激光照射目標并用傳感器測量反射脈沖的返回時間來測量目標的距離。激光返回時間和波長的差異可用于創建目標的數字三維表示激光雷達，現在通常稱為光探測，初始是光和雷達的混合體。激光雷達有時也稱為 3D 激光掃描，它是 3D 掃描和激光掃描的特殊組合。它在陸地、空中和移動設備上都有應用。
激光雷達通常用于制作高分辨率地圖，應用于大地測量學、地理信息學、考古學、地理學、地質學、地貌學、地震學、林業、大氣物理學、激光制導、機載激光條測繪和激光高度測量。 該技術用于一些自動駕駛汽車的控制和導航。
激光雷達使用紫外光、可見光或近紅外光對物體成像。它可以對多種材料進行成像，包括非金屬物體、巖石、雨、化合物、氣溶膠、云，甚至單個分子。窄激光束可以以非常高的分辨率繪制物體的物理特征； 例如，攜帶激光雷達的飛機可以繪制分辨率為 30 厘米（12 英寸）或更高的地形。
激光雷達的基本概念是在 1930 年提出的，他設想使用強大的探照燈來探測大氣。事實上，激光雷達已經廣泛應用于大氣研究和氣象學。 激光雷達儀器可以安裝在飛機和衛星上進行高空測繪——較近的例子是美國地質調查局的先進機載激光雷達測試研究。美國國家航空航天局確定，激光雷達是未來機器人和載人登月車實現自主、平安著陸的關鍵技術。
波長因目標而異：從大約 10 微米到大約 250 納米的紫外線。 通常，光是通過反向散射反射的，而不是來自鏡子的純反射。不同類型的散射用于不同的激光雷達應用：較為常見的是瑞利散射、米氏散射、拉曼散射和熒光反應。通過識別返回信號強度中與波長相關的變化，可以使用適當的波長組合來遠程繪制大氣成分圖。
激光雷達使用提供照明源的有源傳感器。能量源撞擊物體，反射的能量被傳感器檢測和測量。通過記錄傳輸脈沖和反向散射脈沖之間的延遲，并通過使用光速來計算行進的距離來確定到物體的距離。光學掃描激光雷達可以進行 3D 成像，因為相機可以發出更大的掃描光束，并利用返回的能量來測量特定區域的空間關系和大小。這是更準確的成像，因為捕獲的幀不需要拼接在一起，并且系統對平臺移動不敏感，因此失真更少。
可以使用掃描和非掃描系統來實現三維成像。“三維門控觀測激光雷達”是一種使用脈沖激光器和快速門控相機的非掃描激光測距系統。目前，已經有利用數字光處理技術進行虛擬光束控制的研究。
