平行光束是一組沒有衰減的平行的光線，類似於太陽光的效果，也被稱為方向光。它的定義是光束中的每條光線都與其他所有光線平行。在現實中，產生平行光束的方法是將無限小的光源放置在與具有正焦距的光學系統恰好相距一個焦距的位置上，或者可以在無限遠處觀察點光源。然而，即使做到其中一種情況，仍會存在一些發散。
為了最大限度減少平行光束的發散，必須平衡以下兩個因素：平行系統的焦距與光源的大小。等式1近似計算了平行光束的發散性：若要實現理想的平行，必須儘量減小照明光源，或必須增大平行系統的焦距。這意味著聚焦系統捕獲的光線更少，所產生光束的整體功率將下降。
此外，還有由平行光線組成的一束光線也叫平行光束。點光源發出的是球面波，這所有的球面波對應的光束圓心在同一點，這樣的光束叫同心光束。從光源發出的光線向四周發出，其反向延長線交於一點，這樣的光束叫發散光束。延長後可以相交的光線叫會聚光束。