自主神经系统（英语：autonomic nervous system，缩写为ANS），又称植物神经系统（vegetative nervous system，VNS）或内脏神经系统（visceral nervous system，VNS），与躯体神经系统共同组成脊椎动物的周围神经系统。所谓“自律(自主)”，是因为未受训练的人无法靠意识控制该部分神经的活动。自主神经系统控制体内各器官系统的平滑肌、心肌、腺体等组织的功能,如心脏搏动、呼吸、血压、消化和新陈代谢。

自主神经系统可进一步分为

中枢神经系统和周围神经系统都有自主神经的成分。

自律神经的控制中心位于下视丘以及脑干，透过脊髓下达至各器官。它也接受大脑皮质以及边缘系统的调节。 讯息由中枢神经传出后，透过两个神经元（节前神经元preganglionic neuron与节后神经元postganglionic neuron）传至目标器官。交感神经系统的神经节位于第一胸椎至第二腰椎间（T1-L2）较靠近脊椎处，离脏器较远。而副交感神经系统透过第3、7、9、以及第10条脑神经与骶髓（S2, S3, S4）下达讯息，有较长的节前神经元，在较靠近脏器或分布于脏器内的神经节与较短的节后神经元形成突触。 另外，神经可再依它们所释放出的神经传导物质来分类：交感神经与副交感神经的节前神经元释出的传导物质皆为乙酰胆碱，搭配的受器（位于节后神经元细胞膜上）皆为尼古丁受器，交感神经的节后神经大多释出肾上腺素，唯独负责控制汗腺的交感节后神经释出的是乙酰胆碱，副交感神经的节后神经释出乙酰胆碱，搭配的受器为蕈毒碱受器。

“自律神经失调”是自主神经系统不正常运作下导致一系列症状的统称, 国际疾病分类标准(ICD-10)代码为G90。 造成自律神经失调的原因很多，先天基因的表现、重大或长期压力的累积、饮食及生活作息的异常、药物的副作用、以及糖尿病或者帕金森氏症等神经退化性疾病都可能造成自律神经失调。

自律神经失调的症状可能遍布全身,一般人会有至少二到三种不同器官系统的症状,症状的呈现因人而异，焦虑、恐慌、失眠、眩晕、慢性鼻炎、姿势性低血压、心悸、胃食道逆流、大肠激躁症(肠躁症)、多汗症、频尿、性功能障碍等…都可能因自律神经失调引起。患者通常经彻底检查后仍无法找出能合理解释症状程度的器官病变,因此常被误解为是心理作用或精神病。

自律神经检测的正式学术名称为heart rate variability，简称HRV，中文称为心率变异分析。最早于1963年由妇产科医师Hon and Lee发现并在临床上运用,判断胎儿是否健康,因为在胎儿窘迫发生之前,心跳间隔的差异是最早出现变化的参数。于1970年代, Ewing团队利用心率变异以及姿势所引起的血压变化等参数来诊断出糖尿病心脏自主神经病变。之后的20年间有超过一万篇关于HRV的论文在国际主流期刊上发表,临床研究显示心率变异与各科疾病的预后有显著的关连性,自律神经活性定量分析逐渐受到重视。欧洲心脏学会(European Society of Cardiology)及北美心律电生理学会(North American Society of Pacing and Electrophysiology)所成立的特别工作小组,于1996年公布了”心率变异性之量测、生理意义及临床应用”之国际标准。 利用HRV侦测自律神经及其他器官疾病的论文至今已不计其数，由于准确度高美国医疗保险业也将HRV/R-R间距加入给付项目(CPT 95921 and CPT 95922), 台湾目前在神经内科及精神科对HRV的使用还不普遍。

19世纪末, 英国剑桥大学的生理学家Walter Gaskell 与 John Langley 先后发现“每个体内的器官都被两组性质相反的神经控制着”,并且定义了“自主神经系统”。美国哈佛大学的科学家Walter Cannon更于20世纪中叶进一步解释了自律神经与体内平衡,和情绪以及高等大脑功能的相关性。