音系学（phonology），又称音位学（phonemics）。研究语言的语音系统的一门学科，包括对当代语言的语音系统的分析和对历史语音变化的研究对两个方面。在中国的历史上，对研究汉语历史语音变化以及相应语音特点的学问称为音韵学，属于传统文化中“小学”的范畴。
中国最早研究语音系统的著作是隋朝陆法言所编的《切韵》，成书于公元601年，是世界上最早专门对语音系统做出全面分析归纳的专著之一。《切韵》现在只存残卷，宋代重修的《广韵》基本上保存了它的原貌。
在宋代时，中国受印度声明学的影响，开始出现了韵图一类的著作。韵图按韵分图，每图分列声母和声调，语音系统可以一目了然。韵图一类著作能够根据发音部位和发音方法的不同把声母分为唇、舌、牙、齿、喉和清、浊、次清、次浊等等，根据舌位和唇形的不同把韵母分为四等和开、齐、合、撮四呼（在韵母分摄划等之后，产生于明末清初，此时的语音已经十分接近现代）等等，所描写的语音系统虽然大都比较驳杂，但仍不失为音系学研究的先驱之作。
现代音系学的研究始于19世纪末期。波兰语言学家库尔德内和他的学生克鲁舍夫斯基（1851~1887）首先提出了“音位”的概念，欧洲的其他一些语音学家如英国的斯维特、法国的帕西、俄国的谢尔巴等人都对这个领域进行过开拓性的研究。20世纪30年代，欧洲布拉格学派的特鲁别茨科伊等人发展了音位的概念，音位的研究在欧洲和美国迅速发展，美国描写语言学派在研究音位的理论和方法方面也做了大量的工作，对促进音系学的发展起了不小的作用。
由于学派不同，对音位的内容有种种不同的解释，归纳音位的方法也各不相同，但目的都是探讨语音系统的规律性，因此分析归纳的结果一般是大同小异的。归纳音位比较常用的概念是“对立”。在一种语言里，产生对立关系的音素必然分属不同的音位。一个音位可以有不同的音位变体，根据音位变体出现的条件可以分为条件变体和自由变体。
音位的组合有它的规则系统。不同的语言有不同的语音系统，因而音位的内容和音位的组合规则也不相同。普通话大多数辅音音位只能处于音节开头，不能处于音节末尾；元音音位可以组合成 /iau/和/uai/音位序列，不能组合成/uau/和/iai/；辅音音位/f/不能和元音音位/i/组合成/fi/。这些限制都是普通话音位规则系统所决定的。
音位概念的形成和发展使得语音研究能够密切结合具体语言的语音系统，从各个具体语言的音位入手探讨语音系统的一般规律，现代音系学就逐渐形成。这不但大大推动语音理论的发展，而且有很重要的实践意义，自从现代音系学形成以后，语言的调查方法、拼音文字的创制原则以及语言教学的实践等方面都有了很大的发展。中国在现代音系学的理论和方法影响下，从20世纪30年代起就开始了汉语方言和各少数民族语言的调查研究工作。50年代，这方面工作得到迅速发展，除调查研究工作外，并为一些没有文字的少数民族创制了文字。1958年公布的《汉语拼音方案》也是以现代音系学理论为基础制定的。
第二次世界大战后，现代科学技术飞跃发展，语音学和声学、生理学、心理学、医学等学科逐步结合起来，出现了崭新的面貌，对现代音系学的发展产生了深刻的影响，50年代，侨居美国的布拉格学派主要学者雅柯布逊和瑞典著名声学家方特、美国语言学家哈利合作，以当时语声学研究成果为基础，系统地提出“区别特征”的概念，为现代音系学的发展开创了新局面。雅柯布逊等人主要从语音的声学特性出发，参考语音的生理特性，把一切语音归纳为12对区别特征，如元音性／非元音性，突发性／延续性，浊音性／清音性，集聚性／分散性，鼻音性／口音性等。区别特征是语言中能够区别意义的最小对立体，这些最小对立体都是偶值的。
60年代末期，美国语言学家乔姆斯基和哈利合作，进一步发展了区别特征的理论，创立了“生成音系学”，成为近20年来对音系学研究影响最大的学派。乔姆斯基等人主要从语音的生理特性出发，把区别特征扩充为30多对，区别特征的偶值性更加突出，每对特征都可以用“±”号来表示，例如“＋高／-高”，“＋舌顶／-舌顶”，“＋圆唇／-圆唇”，“＋鼻音／-鼻音”，“＋浊音／-浊音”等。
从区别特征理论看，传统语音学中元音和辅音的分别并不十分重要，30年代以后盛行的音位概念也可以摒弃不用，因为这些都可以用区别特征来表述。例如，普通话／P／和／m／是两个音位，它们的区别实际上只在“±鼻音”和“±浊音”这两对区别特征上，其他特征是这两个音位共同具备的，并不能起区别意义的作用，生成音系学是乔姆斯基创立的生成语法的一部分，除发展了区别特征理论外，还着重解释语音转换的规则，规则的书写形式是：
A→B / X─Y
A和B都代表区别特征，→表示“变为”，X─Y表示转换的条件，前面用斜线和A→B隔开。这个形式可以读成“区别特征A处在X和Y之间时变为区别特征B”，也就是说XAY→XBY。生成音系学认为，一切语音规则都可以用这样的形式写出来。
对生成音系学的理论有种种不同评论，但它无疑是音系学发展的一个很重要的阶段。目前，对区别特征的模式还远没有形成一致的意见，区别特征是否都是偶值的，也还有不同的看法。但区别特征的偶值选择特点符合电子计算器的二进制编码的要求，便于把语音研究和现代科学技术结合起来，因此受到广泛的重视，并已被应用到与语音信息有关的各学科的程序设计中去。
