非弹性散射是指一种粒子动能不守恒的散射，出现在化学、核物理及粒子物理中，与其相对的是弹性散射，散射前后粒子动能守恒。
在非弹性散射中，部分粒子的能量增加或是减少了。非弹性散射以往会视为和动力学中非弹性碰撞有关，但二者的概念有很大的差异：非弹性碰撞是指碰撞前后的总动能不守恒。一般而言，由非弹性碰撞产生的散射会是非弹性散射，不过因为弹性碰撞会使二个粒子交换能量，由弹性碰撞产生的散射也可能是非弹性散射，例如康普顿散射。
若粒子能量的变化远小于粒子本身的能量，一般会称为准弹性散射。
非弹性散射常出现在电子和光子的交互作用中。当高能的光子碰撞到自由电子，因此转移能量，称为康普顿散射，若是一个具有相对论能量的电子碰撞到可见光或红外线的光子，电子会将能量转换给光子，称为逆康普顿散射。
