在数学中，微分同胚是适用于微分流形范畴的同构概念。这是从微分流形之间的可逆映射，使得此映射及其逆映射均为光滑（即无穷可微）的。

对给定的两个微分流形${\displaystyle M,N}$，若对光滑映射${\displaystyle f:M\to <!--\; \to \; -->N}$，存在光滑映射${\displaystyle g:N\to <!--\; \to \; -->M}$使得${\displaystyle f\circ <!--\; \circ \; -->g={\mathrm{i}\mathrm{d}}_N}$、${\displaystyle g\circ <!--\; \circ \; -->f={\mathrm{i}\mathrm{d}}_M}$，则称${\displaystyle f}$为微分同胚。此时逆映射${\displaystyle g}$是唯一的。

若在微分流形${\displaystyle M,N}$之间存在微分同胚，则称${\displaystyle M}$与${\displaystyle N}$是微分同胚的，通常记为${\displaystyle M\simeq <!--\; \simeq \; -->N}$。

对于${\displaystyle C^r}$流形，可采同样办法定义${\displaystyle C^r}$微分同胚之概念。

考虑

此微分同胚可由下述映射给出：

对维度${\displaystyle \le <!--\; \le \; -->3}$的流形，可证明同胚的流形必为微分同胚；换言之，此时流形上的拓扑结构确定了微分结构。在四维以上则存在反例，最早的构造是约翰·米尔诺的七维怪球，米尔诺更证明了七维球上恰有28种微分流形结构，它们都可表成某个在${\displaystyle S^4}$上的${\displaystyle S^3}$-丛。在1980年代，西蒙·唐纳森与迈克尔·哈特利·弗里德曼的证明在${\displaystyle {\mathbb{R}}^4}$上有不可数个相异的微分结构。