光分组交换（OPS，Optical Packet Switching）概念与电的分组交换类似。每个光分组由一个光分组头和一个光分组净荷组成，光分组头中包含源地址、宿地址、生存时间与寿命(TTL)等信息。OPS与电的IP路由类似，采用逐跳寻址转发的方式。所以光分组交换机又称为光IP路由器。OPS由于动态共享、统计复用带宽资源，因而可提高网络带宽资源利用率，并使网络具有很好的灵活性；由于可采用高速净荷、低速分组头，从而可解决电IP路由器的电子“瓶颈”问题。光分组头可采取带内(光分组头与净荷位于WDM系统的同一波长，二者在时间上前后相接，或隔一保护带，与电分组交换方式基本相同)、带外(光分组头与净荷位于WDM系统的不同波长，一根光纤中用一个波长集中传分组头)和副载波3种方式。光分组净荷始终在光域内。
根据光分组头识别方式的不同，可将光分组交换分为两大类：一类为光域识别光分组头方式，另一类为光分组头先经光/电变换，然后在电域查找路由表以及控制交换矩阵的方式。由于尚不存在光逻辑器件，光域识别分组头方式的研究还不成熟。对于光分组头经光/电变换的带内分组头方式，又分为同步(时隙)、异步(非时隙)两种方式。同步方式要求所有分组长度相同，并要求进入交换节点的各入口光纤的各个波长的光分组之间同步，同步方式的优点是出现竞争机会少，缺点是光同步实现困难。异步方式则不要求各分组长度相同，不要求各分组之间同步，优点是适应IP数据不定长的特点，不需复杂的光同步而相对容易实现；缺点是竞争可能性变大，从而使吞吐量下降。
对于电域处理分组头的光分组交换方式，其关键技术包括光同步、竞争解决、光分组头擦写，以及高速光开关、全光波长变换、光门、光的3R再生等技术，其中，解决分组竞争主要有光缓存(目前用光纤延迟线)、偏射路由、波长变换、分组压缩等方式。光存储、光逻辑、大规模高速光开关等器件技术是实现真正全光分组交换关键的3项技术，也是OPS目前还没有解决的问题。
