Thử nghiệm động vật (Animal testing) hay còn được gọi là thí nghiệm trên động vật, nghiên cứu động vật (animal research) và thử nghiệm in vivo là việc sử dụng các loài động vật (không phải là con người) trong các thí nghiệm nhằm kiểm soát các biến tố ảnh hưởng đến hành vi hoặc hệ thống sinh học đang được nghiên cứu, những động vật được chọn thí nghiệm gọi là sinh vật mô hình. Cách tiếp cận này có thể tương phản với các nghiên cứu hiện trường, trong đó những động vật được quan sát thấy trong môi trường tự nhiên của chúng.