О́пыт Штерна—Герлаха — эксперимент, доказавший наличие у атома магнитного момента, проекция которого на направление внешнего магнитного поля принимает определенные значения (пространственно квантована). Опыт был осуществлен в 1922 году немецкими физиками О. Штерном и В. Герлахом (W. Gerlach), которые исследовали прохождение узкого пучка атомов серебра (затем других элементов) в сильно неоднородном магнитном поле с целью проверки теоретически полученной формулы пространственного квантования проекции на направление магнитного момента атома.
На атом, обладающий магнитным моментом и движущийся вдоль в неоднородном магнитном поле, действует сила, которая отклоняет его от первоначального направления движения. Если проекция магнитного момента атома могла бы изменяться непрерывно, то на пластинке наблюдалась бы размытая широкая полоса. Однако в опыте Штерна—Герлаха было обнаружено расщепление пучка атомов на две компоненты, симметрично смещенные относительно первичного направления распространения на величину D — на пластинке появлялись две узкие полосы. Это указывало на то, что проекция магнитного момента атома на направление поля принимает только два отличающиеся знаком значения, то есть ориентируется вдоль поля и в противоположном направлении. Величина магнитного момента атома, измеренная в опыте по смещению D, оказалась равной магнетону Бора.
Опыт Штерна—Герлаха сыграл роль в развитии представлений об электроне. Согласно квантовой теории Бора—Зоммерфельда, орбитальный и, следовательно, магнитный моменты используемых в опыте атомов с одним электроном во внешней оболочке равны нулю, поэтому такие атомы не должны отклоняться магнитным полем. Опыт Штерна—Герлаха показал, что эти атомы вопреки теории обладают магнитным моментом. Основываясь на этом открытии в 1925 году Дж.Ю. Уленбек и С. Гаудсмит выдвинули гипотезу существования собственного механического момента электрона — спина.