Oscylator anharmoniczny – oscylator (układ drgający), którego okres drgań zależy od amplitudy drgań, co nie zachodzi w przypadku oscylatora harmonicznego. Własność ta wynika stąd, że zależność energii potencjalnej od wychylenia z położenia równowagi oscylatora jest opisywana funkcją inną niż funkcja kwadratowa, , co jest słuszne w przypadku oscylatora harmonicznego.
W mechanice klasycznej modelem oscylatora anharmonicznego opisuje się np. wahadło fizyczne lub matematyczne, wychylone o duże kąty od położeń równowagi. Jedynie dla małych wychyleń od położenia równowagi wahadła te zachowują się jak oscylatory harmoniczne, tj. ich okresy drgań nie zależą od amplitudy drgań.
W mechanice kwantowej modelem kwantowego oscylatora anharmonicznego opisuje się np. drgające cząsteczki dwuatomowe: gdy zakres wzbudzonych stanów energetycznych drgań cząsteczki jest duży, aż do energii dysocjacji włącznie, to nie da się jej właściwości opisać przy założeniu drgań harmonicznych (dla oscylatora harmonicznego energia potencjalna rośnie do nieskończoności wraz ze wzrostem odległości atomów molekuły – taka molekuła nigdy nie ulegałaby dysocjacji).