광학적 깊이(optical depth)는 관측자 위치에서부터 어떤 위치까지 관측자의 시선을 따라 흡수계수를 거리에 대해 적분하여 얻어지는 값이다. 물질에 의한 복사 흡수를 고려해 정의한 깊이로서, 물리 차원이 없는 음이 아닌 실수값을 갖는다. 정의에 따라 관측자 위치의 광학적 깊이는 항상 0이며, 관측자에게서 멀어질수록 광학적 깊이가 증가한다. 광학적 깊이와 광학적 두께는 밀접한 연관이 있다. 즉 어떤 층 밑바닥의 광학적 깊이는 그 층의 광학적 두께와 같다. 어떤 층에서 일어나는 빛의 흡수와 방출 과정, 곧 복사전달 과정은 기하학적 깊이보다는 광학적 깊이를 써서 기술하는 것이 편리하다. 층화된 항성대기 내부의 위치는 종종 광학적 깊이로 표시한다.