自然科学（しぜんかがく、natural science）とは、科学的方法により一般的な法則を導き出すことで自然の成り立ちやあり方を理解し、説明・記述しようとする学問の総称。ここでいう「自然」とは大きくは宇宙から小さくは素粒子の世界まで森羅万象を含み、われわれヒトを含めた生物やその生息環境も自然科学の対象となる。
狭義には物理学、化学、生物学、地学、天文学など自然科学全体の基礎となる理論的研究をする部門を指し、これを理学ともいう。
また数学を狭義の自然科学に含む場合もある（自然科学と数学の項を参照）。
広義には医学、農学、工学などの、応用科学と呼ばれる分野を含む。