Trong toán học, các số tự nhiên là các số 0, 1, 2, 3, 4, 5,... Nhìn chung, định nghĩa đầu thường được dùng trong lý thuyết số, trong khi định nghĩa sau được thích dùng hơn trong lý thuyết tập hợp và khoa học máy tính.Trong tiêu chuẩn của ISO 80000-2[1] và tài liệu giáo khoa chuẩn của Việt Nam[2], số tự nhiên được định nghĩa theo kiểu là số nguyên không âm (0, 1, 2, 3, 4,...).Số tự nhiên được dùng với hai mục đích chính: chúng có thể được dùng để đếm ("có ba quả táo trên bàn"), và có thể dùng để sắp xếp thứ bậc ("đây là thành phố lớn thứ ba trong cả nước").Tập hợp số tự nhiên là nền tảng cơ bản để xây dựng nhiều tập hợp số khác: tập hợp số nguyên bao gồm phần tử đơn vị 0 và số đối của mỗi số tự nhiên khác 0; tập hợp số hữu tỉ gồm 0 và thương của 2 số nguyên bất kì khác 0; tập hợp số thực gồm các số hữu tỉ và giới hạn của dãy Cauchy của mỗi số hữu tỷ; tập số phức gồm số thực cùng đơn vị ảo i, vân vân.[3]Các tính chất của số tự nhiên liên hệ đến tính chia hết, chẳng hạn như sự phân bố của các số nguyên tố, được nghiên cứu trong ngành lý thuyết số. Các vấn đề liên quan đến sự đếm, chẳng hạn lý thuyết Ramsey, được nghiên cứu trong toán tổ hợp.