熱振動(ねつしんどう、Thermal vibration)とは、原子の振動のことです。分子や固体中の原子は運動エネルギーを持っていて、基準となる位置を中心に振動運動をしています。結晶格子上の原子の熱振動は特に格子振動とよばれます。
温度が高くなるほど振動の振幅は大きくなります。絶対零度であっても、不確定性原理から原子の振動は止まっていなません(零点振動)。
なお、よく似ている言葉に熱運動(thermal motion) があります。こちらは微小な粒子がするランダムな運動で、ブラウン運動の原因ともなっています。