Метастаби́льное состоя́ние, относительно устойчивое состояние системы, из которого она может перейти в более устойчивое состояние под действием внешних факторов или самопроизвольно (в последнем случае вероятность перехода значительно меньше, чем для нестабильного состояния). Пример метастабильного состояния в термодинамике — жидкость в состоянии перегрева или переохлаждения; метастабильное состояние в квантовой механике — возбужденные состояния атомов, молекул или атомных ядер, в которых они могут находиться длительное время.