L'ottica dello spazio libero (FSO), chiamata anche fotonica dello spazio libero (FSP), si riferisce alla trasmissione di fasci modulati visibili o infrarossi (IR) attraverso l'atmosfera per ottenere comunicazioni a banda larga. Nella maggior parte dei casi vengono utilizzati raggi laser, sebbene le sorgenti non laser come diodi a emissione di luce (LED) o diodi a emissione di IR (IRED) serviranno allo scopo.
La teoria dell'UST è essenzialmente la stessa di quella per la trasmissione in fibra ottica. La differenza è che il raggio di energia viene collimato e inviato attraverso l'aria o lo spazio limpido dalla sorgente alla destinazione, piuttosto che guidato attraverso una fibra ottica. Se la sorgente di energia non produce un raggio sufficientemente parallelo da percorrere la distanza richiesta, la collimazione può essere eseguita con lenti. Alla sorgente, l'energia visibile o IR viene modulata con i dati da trasmettere. A destinazione, il raggio viene intercettato da un fotorilevatore, i dati vengono estratti dal raggio visibile o IR (demodulato) e il segnale risultante viene amplificato e inviato all'hardware.
I sistemi UST possono funzionare su distanze di diversi chilometri. Finché c'è una chiara linea di vista tra la sorgente e la destinazione, la comunicazione è teoricamente possibile. Anche se non esiste una linea visiva diretta, è possibile utilizzare specchi posizionati strategicamente per riflettere l'energia. Le travi possono passare attraverso le finestre di vetro con poca o nessuna attenuazione (purché le finestre siano tenute pulite!).
Sebbene i sistemi UST possano essere una buona soluzione per alcune esigenze di rete a banda larga, esistono dei limiti. Il più significativo è il fatto che pioggia, polvere, neve, nebbia o smog possono bloccare il percorso di trasmissione e chiudere la rete.