Na física quântica, uma flutuação quântica é a mudança súbita, temporária e inesperada na quantidade de energia em um ponto localizado do espaço . Quando ocorrem em pontos do vácuo são denominadas flutuações quânticas de vácuo.

Isso é rotineiramente observado em processos envolvendo colisões em aceleradores de partículas; essas flutuações de energia vêm em forma esporádica e podem se transformar de fato em partículas de matéria, de acordo com a fórmula de equivalência entre massa e energia de Albert Einstein, ${\displaystyle E=mc^{2}}$.

A ideia de flutuações quânticas também fundamenta a introdução de pares de partícula-antipartícula das assim chamadas partículas virtuais em alguns diagramas de Feynman, em Física de Partículas. Partículas virtuais não têm existência física, sendo de fato uma peculiaridade matemática atrelada à estrutura lógica dos diagramas, mas permitem expressar o fato de que flutuações quânticas podem induzir reações envolvendo partículas ou alterar os resultados esperados em outras reações.

As flutuações quânticas de vácuo são notórias em proximidades a fontes de energia relativamente intensas, como o laser azul no vídeo acima, que dá origem ao halo vermelho ou verde onde observam-se flutuações quânticas amplificadas; mas sabe-se que mesmo no melhor vácuo há energia residual, e flutuações quânticas de energia nele ocorrem. As flutuações quânticas de vácuo são neste caso detectadas, por exemplo, via experimento de Casimir.

O contrário por muitos alegado, é bom esclarecer que as flutuações quânticas, de vácuo ou em Física de Partículas, não violam a Lei de Conservação de Energia. Uma má interpretação do Princípio da Incerteza geralmente aparece envolvida no contexto; colocando-o efetivamente como a fonte da energia extra envolvida ou como uma autorização para momentâneas violações da Lei de Conservação da Energia; o que não é correto .

As flutuações quânticas podem ter sido muito importantes na origem da estrutura do universo: de acordo com o modelo de inflação as que existiam quando a inflação começou foram amplificadas e formaram a semente de toda estrutura observável atual.

Supõe-se que a energia de vácuo também pode ser responsável pela atual expansão acelerada do universo (constante cosmológica).