Норма́льные во́лны (собственные волны), бегущие гармонические волны в линейной динамической системе с постоянными параметрами, в которой можно пренебречь поглощением и рассеянием энергии. Нормальные волны являются обобщением понятия нормальных колебаний на открытые области пространства и незамкнутые волноводные системы, в том числе на однородные и неоднородные безграничные среды, различные типы волноводов и волновых каналов, на струны, стержни, замедляющие системы, цепочки связанных осцилляторов и др.

В однородных вдоль направления распространения волны́ системах нормальные волны являются гармоническими не только во времени, но и в пространстве и имеют вид бегущих волн: $a_i = A_i(r_⊥)cos(ωt – kz),$ где $ω$ – циклическая частота, $t$ – время, $k$ – волновое число, $z$ – координата вдоль направления распространения, $A(r_⊥)$ – поперечное распределение волновых полей, или форма нормальной волны. Нормальные волны с одинаковой формой образуют дисперсионную ветвь с законом дисперсии $ω = ω(k)$. Для металлических радиоволноводов и акустических труб характерен т. н. волноводный закон дисперсии: $ω^2 = ω_n^2+c^2k^2$ ($ω_n$ – критическая частота n-й моды, $c$ – скорость света или звука). В пределе $k$ → 0 нормальные волны переходят в двумерные нормальные колебания (мембранная задача) с собственными частотами, равными критическим.

Совокупность нормальных волн обладает следующими свойствами:

1. Каждая нормальная волна является свободным (без стороннего воздействия) движением системы и может быть возбуждена независимо от других нормальных волн специальным выбором начальных условий.

2. В идеально экранированных системах (акустических трубах с бесконечно жёсткими стенками, радиоволноводах с идеально проводящими стенками) произвольный волновой процесс может быть однозначно представлен суперпозицией нормальных волн. В диэлектрических волноводах и волновых каналах, кроме нормальных волн, существуют т. н. объёмные моды, не локализованные около волновода.

3. Спектр частот нормальных волн – сплошной, реальные процессы могут быть представлены в виде интегральных сумм нормальных волн. Волновые пакеты при распространении разбиваются на пакеты, объединяющие нормальные волны одной моды (дисперсионной ветви). Понятие групповой скорости $(υ^n_{гр} =  \partial ω/ \partial k)$ может быть введено только для одномодовых волновых пакетов.

Понятие «нормальные волны» применяется и к системам конечной протяжённости, где их следует рассматривать как вынужденные движения, возбуждаемые источниками вне области наблюдения. При этом совокупность нормальных волн должна быть дополнена экспоненциально спадающими полями от источников.

В однородных средах в качестве нормальных волн выбирают плоские волны, распространяющиеся в произвольных направлениях. В изотропных средах волновое число $k$ не зависит от направления распространения, а поляризация поперечных волн может быть произвольной (двукратное поляризационное вырождение). В анизотропных и гиротропных средах $k$ зависит от направления, а поляризационное вырождение снимается (различают обыкновенные и необыкновенные нормальные волны).

Значение нормальных волн в физике, технике, природе определяется их уникальной структурной устойчивостью по отношению к малым, а также к медленным и плавным изменениям параметров системы. Это свойство даёт возможность использовать понятие «нормальные волны» для систем с малыми потерями и нелинейными взаимодействиями, искривлённых, деформированных, заполненных неоднородной средой, для систем с флуктуациями параметров и шероховатостями экранов. Метод нормальных волн (т. е. разложение полей по нормальным волнам модельных систем) применяется при изучении природных волновых явлений и при конструировании волноводных технических устройств.