Тунне́льный эффе́кт (туннелирование), преодоление микрочастицей потенциального барьера в случае, когда ее полная энергия (остающаяся при туннельном эффекте большей частью неизменной), меньше высоты барьера.
Туннельный эффект — явление существенно квантовой природы, невозможное в классической механике. По классическим представлениям, если частица движется в поле внешних сил и встречает на своем пути потенциальный барьер, высота которого больше ее энергии, частица отражается от барьера независимо от его формы и ширины. Если энергия частицы больше высоты потенциального барьера, то частица уменьшает свою скорость в области барьера, но обязательно проходит над ним. С позиций квантовой механики рассмотрение вероятности прохождения частицы сквозь потенциальный барьер, высота которого больше ее энергии, с учетом принципа неопределенностей и на основании решения Уравнения Шредингера дает иные результаты. Вследствие соотношения неопределенностей фиксация частицы в пространственной области внутри барьера делает неопределенным ее импульс. Поэтому имеется отличная от нуля вероятность обнаружить микрочастицу внутри барьера, и, следовательно, существует определенная вероятность прохождения частицы сквозь потенциальный барьер, ее «туннелирование».
Вероятность прохождения сквозь барьер представляет собой главный фактор, определяющий физические характеристики туннельного эффекта. Вероятность туннельного эффекта (коэффициент прозрачности барьера) сильно уменьшается с ростом ширины барьера, его высоты (точнее, разности высоты потенциального барьера и энергии частицы) и с увеличением массы частицы.
Автоионизация атома в сильном электрическом поле, ионизация атома в поле сильной электромагнитной волны являются — это проявление туннельного эффекта. Туннельный эффект играет важную роль при α-распаде ядер, образовании энергетических зон в кристалле, используется в полупроводниковой электронике. Автоэлектронная эмиссия, эффект Джозефсона являются также примером туннельного эффекта.