Karl Alexander Deisseroth (født 18. november 1971) er en amerikansk forsker og læge, professor i psykiatri og adfærdsvidenskab ved Stanford University. Han er kendt for at have udviklet et nyt forskningsfelt, optogenetik, samt for at anvende integrerede optiske og genetiske strategier til at studere den normale funktion af neurale kredsløb såvel som dysfunktionen ved neurologiske og psykiatriske lidelser.
Karl Deisseroth har modtaget mange udmærkelser, herunder Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 2026, som han delte med Peter Hegemann og Georg Nagel for deres opdagelser vedrørende lysstyrede ionkanaler og optogenetik.