布居數是一個物理學概念，指的是在不同能量層次的原子或分子中的數量分布。具體來說，它可以理解為原子核外電子在不同能量層中的分布排列。在熱平衡狀態下，根據玻爾茲曼分布定律，較高能量層的布居數（原子數）與較低能量層的布居數之比取決於兩能量層的能量差和絕對溫度。通常情況下，由於較高能量層的能量較高，其布居數相對較低。
布居數反轉是一種特殊情況，當通過特定機制（如雷射激發）使得原子或分子的布居數在較高能量層比在較低能量層更多時發生。這種情況通常出現在所謂的「負溫度」狀態下，是雷射產生的重要物理基礎之一。在雷射產生過程中，通過使用一或兩個光子衝擊高能量的原子，促使電子發生躍遷。當電子從較高能級向較低能級躍遷時，會釋放出大量的單色同位相光，形成雷射。