En ikke-lineær bølge er en bølge med en tilstrækkelig stor amplitude , hvorved mediets ikke-lineære egenskaber begynder at påvirke . Dette fører til fremkomsten af helt nye effekter og ændrer markant karakteren af allerede kendte fænomener.
I et ikke-lineært medium ændres både lovene for refleksion og brydning og absorptionskoefficienten.
Ikke-lineære bølger har meget til fælles med ikke-lineære svingninger og betragtes sammen med dem i teorien om ikke-lineære svingninger og bølger.
Ikke-lineære bølger kan enten være stationære (bevarer deres form) eller ikke-stationære. Af særlig betydning blandt stationære bølger er de såkaldte solitoner — ikke- lineære solitære bølger.