同素異形體或同素異形體（來自古希臘語 ?λλο? (allos) 'other' 和 τρ?πο? (tropos) 'manner, form'）是一些化學元素以兩種或多種不同形式存在的特性，在 物理狀態相同，稱為元素的同素異形體。 同素異形體是一種元素的不同結構修飾：元素的原子以不同的方式鍵合在一起。例如，碳的同素異形體包括金剛石（碳原子鍵合在一起形成四面體的立方晶格）、石墨（ 碳原子以六角晶格的形式鍵合在一起）、石墨烯（單片石墨）和富勒烯（碳原子以球形、管狀或橢圓形的形式鍵合在一起）。

術語同素異形體僅用于元素，不適用于化合物。 用于任何化合物的更通用的術語是多晶型，盡管它的使用通常僅限于固體材料，例如晶體。 同素異形體僅指同一物理相（物質狀態，如固體、液體或氣體）內的元素的不同形式。 這些物質狀態之間的差異并不能單獨構成同素異形體的例子。 化學元素的同素異形體通常稱為元素的多晶型物或相。

對于某些元素，同素異形體具有不同的分子式或不同的晶體結構，以及物理相的差異； 例如，氧氣的兩種同素異形體（分子氧 O2 和臭氧 O3）都可以固態、液態和氣態存在。 其他元素在不同物理階段不保持明顯的同素異形體； 例如，磷有許多固體同素異形體，當熔化為液態時，它們都會恢復到相同的 P4 形式。

同素異形體的概念最初由瑞典科學家 Baron J?ns Jakob Berzelius（1779-1848）于 1840 年提出。 該術語源自希臘語 ìλλοτροπ?α (allotropia) '可變性，多變性'。 1860年阿伏加德羅假說被接受后，人們了解到元素可以多原子分子的形式存在，氧的兩種同素異形體被認為是O2和O3。 在 20 世紀初，人們認識到碳等其他情況是由于晶體結構的差異造成的。

到1912年，奧斯特瓦爾德注意到元素的同素異形體只是化合物已知的多態現象的一個特例，并提出放棄同素異形體和同素異形體這兩個術語，取而代之的是同素異形體和多態性。 盡管許多其他化學家重復了這一建議，但 IUPAC 和大多數化學教科書仍然贊成僅對元素使用同素異形體和同素異形體。

同素異形體是同一元素的不同結構形式，可以表現出截然不同的物理性質和化學行為。 同素異形體之間的變化是由影響其他結構的相同力觸發的，即壓力、光和溫度。 因此，特定同素異形體的穩定性取決于特定條件。 例如，鐵在 906°C 以上從體心立方結構（鐵素體）轉變為面心立方結構（奧氏體），而錫在 13.2°C 以下從金屬形態轉變為半導體形態，這被稱為錫蟲。 C（55.8°F）。 作為具有不同化學行為的同素異形體的一個例子，臭氧 (O3) 是比分子氧 (O2) 強得多的氧化劑。

通常，具有可變配位數和/或氧化態的元素往往會表現出更多的同素異形體形式。 另一個影響因素是元素鏈接的能力。

同素異形體的例子包括：

在自然界中大量存在的金屬元素中（56 到 U，不含 Tc 和 Pm），幾乎一半 (27) 在環境壓力下是同素異形體：Li、Be、Na、Ca、Ti、Mn、Fe、Co、 Sr、Y、Zr、Sn、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Yb、Hf、Tl、Th、Pa 和 U。技術相關金屬的同素異形體形式之間的一些相變是 Ti 的相變 在 882 °C，Fe 在 912 °C 和 1394 °C，Co 在 422 °C，Zr 在 863 °C，Sn 在 13 °C，U 在 668 °C 和 776 °C。

• 鈰、釤、鏑和鐿具有三種同素異形體。
• 鐠、釹、釓和鋱有兩種同素異形體。
• 钚在常壓下有六種不同的固體同素異形體。 它們的密度在大約 4:3 的范圍內變化，這使金屬的各種工作（特別是鑄造、機械加工和儲存）變得非常復雜。 第七種钚同素異形體存在于非常高的壓力下。 超鈾金屬Np、Am和Cm也是同素異形體。
• 钷、镅、锫和锎各有三種同素異形體。