Petrologia – (od greckiego petros – skała i logos – nauka) nauka o skałach. Bada ona właściwości fizyczne i chemiczne skał (także tych pochodzących z kosmosu), opisuje ich budowę, powstawanie, przeobrażanie się i występowanie w płaszczu Ziemi oraz jej skorupie. Zajmuje się problemami geologii dynamicznej, zwłaszcza tektoniki, sedymentologii i wulkanologii, geologii regionalnej i geofizyki, jest powiązana z meteorytyką, geochemią i mineralogią. Odgrywa ważną rolę w poszukiwaniu złóż i surowców skalnych.
Bywa utożsamiana z petrografią, jednak przez wielu autorów i coraz częściej uważana jest za dziedzinę szerszą od petrografii.