Fonologija (gr. φωνή phōnē 'garsas' ir λόγος lógos 'mokymas') – kalbotyros atšaka, nagrinėjanti „kalbos garsinių elementų funkcijas ir garsų sąveikos modelius“.[1] Pagrindinis fonologijos vienetas yra fonema, pagrindinis tyrimų objektas – fonemų priešpriešos (opozicijos), kurių visuma sudaro fonologinę kalbos sistemą.
Paprastai kalbininkai fonologiją (mokslą apie funkcinį kalbos garsų atžvilgį) laiko fonetikos (mokslo apie kalbos garsus) dalimi, nors yra nuomonių, kad šiedvi kalbotyros atšakos yra savarankiškos.
Fonologijos ir fonetikos skirtumas tas, kad fonetika telkiasi ne tik į funkcinį kalbos garsų aspektą, bet kartu su juo aprėpia ir substancinę pusę, tai yra fizinį ir biologinį (fiziologinį) aspektus: kalbos padargus (artikuliavimą), akustines garsų ypatybes ir kaip jas suvokia klausytojas.
Dabartinės fonologijos pagrindėju laikomas lenkų kilmės mokslininkas J. Baudouin de Courtenay. Žymų indėlį į fonologiją įnešė R. Jakobsonas, N. Chomsky’s, M. Halle’as.