褐色矮星（かっしょくわいせい、英：brown dwarf）とは、軽水素 (H) の核融合を起こすには質量が小さすぎるために主系列星になることができない天体。原始星において軽水素の核融合が始まるためには中心核の温度が300万-400万Kを超えなければならず、そのためには最低でも太陽の8%以上の質量が必要である。それ以下の質量しか持たない星では軽水素による核融合反応は起こらないが、重水素 (H) は軽水素よりも低温で核融合を起こすことができるため、重水素の核融合は起こる。これに必要な質量はだいたい太陽の1%程度、木星の13倍程度と考えられている。しかし重水素の存在比率は低いため核融合反応は短期間で停止し、そのまま冷却していくことになる。これが褐色矮星であり、分類上は恒星にも惑星にも入らない。およそ木星質量の13-75倍程度の星が褐色矮星となるとされている。一般的に、恒星が星雲から誕生する際には大質量星よりも小質量星の方が多く誕生する。この傾向が褐色矮星にまで延長して当てはめられるかどうかについては互いに矛盾する観測結果が報告されており、星形成領域ごとに褐色矮星の誕生しやすさに差がある可能性も含めて結論は出ていない。いずれにしても褐色矮星の全質量は銀河や宇宙の質量や重力を考える上で無視できないものとなる可能性があるため、暗黒物質の正体の候補の一つに挙げられている。褐色矮星と主系列星を区別する判定方法の一つは、リチウムのスペクトルが見られるかどうかである。リチウムはビッグバンの際に水素やヘリウムなどとともに合成されて宇宙に広く存在するため、星間ガスが収縮してできた初期の星にも含まれているが、軽水素核融合が起きる温度よりも若干低い温度（約250万K）で核融合反応が起こってヘリウムに変わるため、軽水素核融合が起こるような通常の恒星では星内部の対流によって星全体のリチウムが短期間で消費し尽くされており、リチウムのスペクトルは見られない。従ってこのスペクトルが見られる場合には褐色矮星である可能性が高い。木星型惑星との違いは、ガスが縮む際のエネルギーと、初期に重水素による核融合反応が起きたときの余熱で高温になり、赤外線を放射していることである。表面温度は800度から2500度程度である。最近では、他の主系列星の周囲に形成される原始惑星系円盤から誕生したものでなく、主系列星と同様に星雲から直接誕生するものが（真の）褐色矮星とされている。更に、褐色矮星と思われる星の観測によれば、猛烈な嵐により掻き乱される熱い内部を見え難くする、冷たい不透明な雲を示す発光パターンがあることが明らかになった。褐色矮星の嵐は、木星より激しいと考えられている。

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