Преломле́ние волн, изменение направления распространения волн в неоднородной среде, обусловленное зависимостью фазовой скорости волны от координаты. Преломление волн может рассматриваться как независимое от дифракции волн явление только в рамках применимости лучевого описания волновых процессов, например в геометрической акустике и геометрической оптике. Различают преломление волн на плоской или плавно изогнутой (в масштабе длин волн) границе раздела однородных сред и преломление волн в плавно неоднородной (в масштабе длины волны) среде (в этом случае преломление волн называют рефракцией волн).
При преломлении плоской монохроматической волны на плоской границе раздела двух однородных непоглощающих сред направления распространения падающей и преломлённой волн связаны соотношением (закон преломления Снелла), где и – углы падения и преломления, т. е. углы между направлениями фазовых скоростей и нормалью к границе. В изотропных средах величина не зависит от угла падения и называется относительным показателем преломления двух сред. При не существует действительных углов , удовлетворяющих закону преломления волн, и преломлённая волна отсутствует (явление полного внутреннего отражения). Однако и в этом случае закон Снелла формально выполняется при комплексных значениях угла преломления, которым соответствуют бегущие вдоль границы и экспоненциально спадающие при удалении от неё моды. На границе раздела анизотропных сред, в которых величина фазовой скорости зависит от направления распространения, одной падающей волне могут соответствовать несколько преломлённых волн, групповые скорости которых направлены от границы в глубь среды (угол преломления при этом может быть тупым). Преломление волн на резких границах раздела сред сопровождается (за редким исключением) отражением волн.
На эффекте преломления волн основан принцип действия большинства оптических устройств. Рефракцией волн объясняются многие явления природы: миражи, звуковые каналы в океане и атмосфере, сверхдальняя радиосвязь и др.