A nemlineáris hullám olyan kellően nagy amplitúdójú hullám, amelynél a közeg nemlineáris tulajdonságai elkezdenek hatni . Ez teljesen új hatások megjelenéséhez vezet, és jelentősen megváltoztatja a már ismert jelenségek természetét.
Nemlineáris közegben a visszaverődés és a törés törvénye és az abszorpciós együttható is megváltozik.
A nemlineáris hullámoknak sok közös vonásuk van a nemlineáris oszcillációkkal , és a nemlineáris rezgések és hullámok elméletében ezekkel együtt veszik őket figyelembe.
A nemlineáris hullámok lehetnek állók (megőrzik alakjukat) vagy nem állók. Az állóhullámok közül különösen fontosak az úgynevezett szolitonok – a nemlineáris magányos hullámok.