光分組交換（OPS，Optical Packet Switching）概念與電的分組交換類似。每個光分組由一個光分組頭和一個光分組凈荷組成，光分組頭中包含源地址、宿地址、生存時間與壽命(TTL)等信息。OPS與電的IP路由類似，采用逐跳尋址轉發的方式。所以光分組交換機又稱為光IP路由器。OPS由于動態共享、統計復用帶寬資源，因而可提高網絡帶寬資源利用率，并使網絡具有很好的靈活性；由于可采用高速凈荷、低速分組頭，從而可解決電IP路由器的電子“瓶頸”問題。光分組頭可采取帶內(光分組頭與凈荷位于WDM系統的同一波長，二者在時間上前后相接，或隔一保護帶，與電分組交換方式基本相同)、帶外(光分組頭與凈荷位于WDM系統的不同波長，一根光纖中用一個波長集中傳分組頭)和副載波3種方式。光分組凈荷始終在光域內。
根據光分組頭識別方式的不同，可將光分組交換分為兩大類：一類為光域識別光分組頭方式，另一類為光分組頭先經光/電變換，然后在電域查找路由表以及控制交換矩陣的方式。由于尚不存在光邏輯器件，光域識別分組頭方式的研究還不成熟。對于光分組頭經光/電變換的帶內分組頭方式，又分為同步(時隙)、異步(非時隙)兩種方式。同步方式要求所有分組長度相同，并要求進入交換節點的各入口光纖的各個波長的光分組之間同步，同步方式的優點是出現競爭機會少，缺點是光同步實現困難。異步方式則不要求各分組長度相同，不要求各分組之間同步，優點是適應IP數據不定長的特點，不需復雜的光同步而相對容易實現；缺點是競爭可能性變大，從而使吞吐量下降。
對于電域處理分組頭的光分組交換方式，其關鍵技術包括光同步、競爭解決、光分組頭擦寫，以及高速光開關、全光波長變換、光門、光的3R再生等技術，其中，解決分組競爭主要有光緩存(目前用光纖延遲線)、偏射路由、波長變換、分組壓縮等方式。光存儲、光邏輯、大規模高速光開關等器件技術是實現真正全光分組交換關鍵的3項技術，也是OPS目前還沒有解決的問題。
