反転分布(はんてんぶんぷ、英: Population inversion)とは、物理学、とくに統計力学において、基底状態の粒子等(例えば、原子や分子)の数よりも、励起状態の粒子等の数の方が多いような系の状態をいう。レーザーを発振するためには、反転分布が不可欠である。