非线性物理学是研究各种非线性物理现象的学科。
所谓线性，从数学上来讲，是指方程的解满足线性叠加原理。即方程任意两个解的线性叠加仍然是方程的一个解。线性意味着系统的简单性，但自然现象就其本质来说，都是复杂的，非线性的。所幸的是，自然界中的许多现象都可以在一定程度上近似为线性。传统的物理学和自然科学就是为各种现象建立线性模型，并取得了巨大的成功。但随着人类对自然界中各种复杂现象的深入研究，越来越多的非线性现象开始进入人类的视野。
主要内容目前非线性物理学中研究得最为广泛的领域主要有以下方面：
* 孤立子（Soliton）：孤立子（或孤立波）是一种非线性效应，它能够保持其速度和形状长时间传播。孤立子理论在光纤通信、蛋白质和DNA作用机理，以及弦论中都有重要应用。
* 混沌理论（Chaos theory）：混沌是一种源自于（非线性的）决定性规律的无序状态。混沌的最大特点是具有高度初值敏感性，无论多么微小的微扰，在足够长的时间后都会使系统彻底的偏离原来的状态。大气就是典型的混沌系统，因而长期天气预报是不可能的。
* 分形（Fractal）：分形的突出特征是自相似性。在晶体生长及DNA复制过程中，人们都会遇到分形生长。
* 模式形成（Pattern formation）
* 细胞自动机（Cellular automata）
* 复杂系统
* 耗散结构
* 自组织
重要学科目前发展起来的非线性物理学科包括：
* 非线性光学
* 非线性声学
* 非线性动力学
* 量子混沌
