Тунне́льный эффе́кт, прохождение через потенциальный барьер частицы, полная энергия которой меньше высоты барьера. Туннельный эффект – квантовое явление, невозможное в классической механике: частица не может находиться внутри барьера высотой U, если её энергия ℰ<U, т. к. кинетическая энергия частицы p²/2m=ℰ–U становится в этом случае отрицательной, а импульс частицы р – мнимой величиной (m – масса частицы). Однако для частицы вследствие соотношения неопределённостей фиксация в некоторой области внутри барьера делает неопределённым её импульс. Поэтому имеется отличная от нуля вероятность обнаружения частицы внутри области, запрещённой с точки зрения классической механики. Т. е. появляется вероятность прохождения частицы сквозь потенциальный барьер. Эта вероятность тем больше, чем меньше масса частицы, чем у́же потенциальный барьер и чем ближе энергия частицы к высоте барьера. Для одномерного потенциального барьера главной характеристикой, определяющей вероятность прохождения сквозь барьер, является коэффициент прозрачности барьера, равный отношению потока прошедших сквозь него частиц к падающему на барьер потоку. Для трёхмерного барьера, ограничивающего область пространства с пониженной потенциальной энергией (потенциальную яму), туннельный эффект характеризуется вероятностью w выхода частицы из этой ямы в единицу времени; величина w равна произведению частоты колебаний частицы в яме на вероятность прохождения частицы сквозь барьер. Возможность «просачивания» частицы наружу приводит к тому, что уровни энергии частиц приобретают конечную ширину порядка ћw (ћ – постоянная Планка).

Примеры проявления туннельного эффекта: альфа-распад радиоактивных ядер, автоионизация атома в сильном электрическом поле, автоэлектронная эмиссия, эффект Джозефсона и др.