Fonoloogia (ka foneemika ning fonemaatika) on keeleteaduse osa, mis tegeleb foneemide ja nende kombinatsioonide uurimisega. Kui foneetika uurib häälikuid eeskätt akustilisest ja füsioloogilisest vaatepunktist, siis fonoloogias on olulisem häälikusüsteemi toimimine kõne ja keele sisu seisukohast.
Fonoloogia rajamisel on suur roll Nikolai Trubetskoi ja Nicolaas van Wijki töödel, aga samuti Praha ringil. Fonoloogia ja foneetika esmaseks eristajaks oli Jan Baudouin de Courtenay.