Ма́трыца рассе́яння, ці S-ма́трыца — сукупнасць велічынь (матрыца), якая апісвае пераходы квантавамеханічных сістэм з аднаго стану ў другі пры іх узаемадзеянні (рассеянні); квантавамеханічны аператар.
Абазначаецца S**fi; звязвае хвалевыя функцыі Ψi пачатковага і Ψf канчатковага станаў: Ψf = S**fi Ψi.
Уведзена нямецкім фізікам В. Гейзенбергам (1943).
Матрыца рассеяння разглядаецца як аператар эвалюцыі сістэмы ад бясконца аддаленага мінулага да бясконца аддаленага будучага ў базісе фізічных станаў, калі ўзаемадзеянне, што выклікала адпаведны пераход сістэмы, можна не ўлічваць.
Дыяганальныя элементы матрыцы рассеяння апісваюць пругкія працэсы (пругкае рассеянне), недыяганальныя — няпругкія працэсы (рэакцыі з ператварэннем і нараджэннем часціц). Квадрат модуля элемента матрыцы рассеяння вызначае імавернасць адпаведнага працэсу, а сума імавернасцей працэсаў па магчымых каналах рэакцыі роўная 1 (умова ўнітарнасці матрыцы рассеяння). Матрыца рассеяння мае інфармацыю аб паводзінах сістэмы, калі вядомы лікавыя значэнні яе элементаў і іх аналітычныя ўласцівасці. Напрыклад, асаблівыя пункты (полюсы) матрыцы рассеяння адпавядаюць звязаным станам сістэмы з дыскрэтнымі ўзроўнямі энергіі.
Вызначэнне матрыцы рассеяння — асноўная задача квантавай механікі і квантавай тэорыі поля.