Genomlysning (från latin trans - genom och latin illuminare - för att belysa) är ett fenomen som uppstår när ljus passerar genom en genomskinlig kropp.
Med genomlysning kan ljus som passerar genom kroppen delvis absorberas och återutsändas i ett annat spektralområde. Som ett resultat observeras ett spektrum vid utgången från kroppen som skiljer sig från det infallande ljusets spektrum. Fenomenet genomlysning används ofta inom medicin och teknik för att studera strukturen hos transparenta kroppar, till exempel biologiska vävnader.
Genomlysning används också inom optik för att bestämma materiens densitet och tillstånd. Så när vitt ljus passerar genom grafit, börjar det senare lysa rött. Detta tyder på att grafit innehåller defekter som absorberar ljus i de blå och gröna delarna av spektrat och återutsänder det i det röda.
Fenomenet genomlysning upptäcktes 1756 av den franske vetenskapsmannen Charles Francois Dufay.