Polisemia, polisemantyzm, wieloznaczność (; gr. polýs „liczny”, sêma „znak”) – zjawisko wyrażania różnych treści (znaczeń) za pomocą jednego środka językowego (słowa, ciągu głosek). Znaczenia te powinny być ze sobą wzajemnie powiązane (np. na zasadzie metonimii), mieć wspólne pochodzenie i wynikać z sensu podstawowego. Zjawisko polisemii, w odróżnieniu od homonimii, zachodzi w ramach pojedynczego leksemu.
Przykłady: powód – 1) przyczyna, 2) termin prawny oznaczający osobę pozywającą do sądu; język – 1) organ ciała, 2) mowa ludzka.
Charakter polisemiczny wykazuje duża część zasobu leksykalnego języka. Polisemia stanowi łatwy środek wzbogacania inwentarza leksykalnego. Stwierdzono, że stopień polisemii jest uzależniony od frekwencji użycia słowa: im dane słowo jest częstsze, tym więcej ma ono znaczeń. Polisemia wyrazu w jednym języku często przypomina zakres znaczeniowy tego samego wyrazu w innych językach, co uchodzi za świadectwo prawidłowości rozwojowych semantyki. Polisemia może również powstawać w wyniku naśladowania (kalkowania) innego języka.