Ein Freie-Elektronen-Laser (kurz: FEL) ist eine Strahlungsquelle, die Synchrotronstrahlung mit sehr hoher Brillanz erzeugt. Da freie Elektronen kontinuierliche Energieniveaus besitzen, ist die Wellenlänge des emittierten Lichtes konzeptionell nicht begrenzt. Aufgrund der Kohärenz dieser Strahlung und der Abhängigkeit der Verstärkung von der vorhandenen Photonenanzahl wird der FEL als Laser bezeichnet. Im Gegensatz zu allen anderen Laser besitzt er jedoch kein laseraktives Medium in dem Besetzungsinversion herrscht. Daher findet auch keine stimulierte Emission statt. Zentrale Komponenten eines FELs sind die Elektronenquelle, in der Regel ein Teilchenbeschleuniger, und einen Wechselwirkungsbereich, in dem die Bewegungsenergie der Elektronen in Form von Photonen abgeben wird. Das geschieht durch ein in einem Undulator erzeugtes alternierendes Magnetfeld. Es kann jedoch auch ein mit einem Dielektrikum beschichteter Hohlleiter sein, der die Photonenerzeugung ermöglicht (Cerenkov-FEL).