波粒二象性（wave-particle duality）指的是所有的基本粒子或量子不僅可以部分地以粒子的術語來描述，也可以部分地用波的術語來描述。這意味著經典的有關“粒子”與“波”的概念失去了完全描述量子范圍內的物理行為的能力。
愛因斯坦這樣描述這一現象：“好像有時我們必須用一套理論，有時候又必須用另一套理論來描述（這些粒子的行為），有時候又必須兩者都用。我們遇到了一類新的困難，這種困難迫使我們要借助兩種互相矛盾的的觀點來描述現實，兩種觀點單獨是無法完全解釋光的現象的，但是和在一起便可以。”
波粒二象性是微觀粒子的基本屬性之一。1905年，愛因斯坦提出了光電效應的光量子解釋，人們開始意識到光波同時具有波和粒子的雙重性質。
1924年，德布羅意提出“物質波”假說，認為和光一樣，一切物質都具有波粒二象性。根據這一假說，電子也會具有干涉和衍射等波動現象，這被后來的電子衍射試驗所證實。
2015年瑞士洛桑聯邦理工學院科學家成功拍攝出光同時表現波粒二象性的照片。