五氧化二钽（化学式：Ta₂O₅）是钽最常见的氧化物，也是钽在空气中燃烧生成的最终产物。

白色无色结晶粉末。在1000～1200℃时仍保持白色，进一步升高温度则变为灰色。已知有两种变体：${\displaystyle \mathrm{\alpha <!--\; \alpha \; -->}-<!--\; -\; -->\mathrm{T}{\mathrm{a}}_2{\mathrm{O}}_5}$（高温型）和 ${\displaystyle \mathrm{\beta <!--\; \beta \; -->}-<!--\; -\; -->\mathrm{T}{\mathrm{a}}_2{\mathrm{O}}_5}$（低温型），从 ${\displaystyle \mathrm{\beta <!--\; \beta \; -->}}$-型转化为 ${\displaystyle \mathrm{\alpha <!--\; \alpha \; -->}}$-型的温度为1360±5℃。${\displaystyle \mathrm{\alpha <!--\; \alpha \; -->}}$-型的熔点为1872±10℃，相对密度8.37；${\displaystyle \mathrm{\beta <!--\; \beta \; -->}}$-型的熔点为1785±30℃，相对密度8.18。${\displaystyle \mathrm{\beta <!--\; \beta \; -->}-<!--\; -\; -->\mathrm{T}{\mathrm{a}}_2{\mathrm{O}}_5}$ 在熔融前已经转变成无定形的五氧化二钽，无定形体相对密度7.3。

五氧化二钽的化学性质不活泼。它是两性氧化物，难溶于水、碱液或稀无机酸，可溶于氢氟酸、熔融氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸氢钾和焦硫酸钾。加热时不被氯化氢或溴化氢腐蚀。在氢氟酸中，随氟化钾浓度不同可结晶出组成不同的氟钽酸钾复盐。与氯化剂作用一般生成五氯化钽。高温下与碳反应生成碳化钽。一般不能被氢气还原，但在氢气氛中用碳还原五氧化二钽，可得一氧化钽。

可由钽在空气或氧气中完全燃烧，氢化钽、氮化钽、碳化钽的氧化，乙醇钽的水解，或五氧化二钽的水合物在空气中灼烧脱水制取。工业上由钽铁矿碱熔并分去其他金属而制得。

用作生产金属钽的原料，也用于生产光学玻璃、电子仪器和其他钽化合物。