Transilluminatie (van het Latijnse trans - door en Latijnse illuminare - verlichten) is een fenomeen dat optreedt wanneer licht door een doorschijnend lichaam gaat.
Met transilluminatie kan licht dat door het lichaam gaat, gedeeltelijk worden geabsorbeerd en opnieuw worden uitgezonden in een ander spectraal bereik. Hierdoor wordt bij de uitgang van het lichaam een spectrum waargenomen dat verschilt van het spectrum van het invallende licht. Het fenomeen transilluminatie wordt veel gebruikt in de geneeskunde en technologie om de structuur van transparante lichamen, bijvoorbeeld biologische weefsels, te bestuderen.
Transilluminatie wordt ook in de optica gebruikt om de dichtheid en toestand van materie te bepalen. Dus wanneer wit licht door grafiet wordt geleid, begint dit laatste rood te gloeien. Dit suggereert dat grafiet defecten bevat die licht in de blauwe en groene delen van het spectrum absorberen en dit in het rood opnieuw uitzenden.
Het fenomeen transilluminatie werd in 1756 ontdekt door de Franse wetenschapper Charles Francois Dufay.