体外实验（in vitro experiments），In vitro是拉丁语中“在玻璃里”的意思，意指进行或发生于试管内的实验与实验技术。更为广义的意思，则指在活生物体之外的环境中的操作。常见的例子是
人工受精和细胞实验。在
细胞生物学等领域中，由于此类实验的环境与生物体内可能有所不同，因此可能与实际发生于生物体内的结果也不同。与之对应的是
in vivo。
体外实验是指在体外使用从其通常的生物学环境中分离的生物体组分进行研究，例如微生物，细胞或生物分子。例如，可以在人工培养基中研究微生物或细胞，并且可以在溶液中检查蛋白质。通俗地称为“试管实验”，这些在生物学，医学及其子科学中的研究传统上在试管、烧瓶、培养皿等中进行。它们被广泛用于分子生物学、细胞生物学等学科的研究，特别是组学研究 。
体外实验的实例包括：在细胞或组织培养物中分离、生长和鉴定来自多细胞生物体的细胞；亚细胞组分（例如线粒体或核糖体）；细胞或亚细胞提取物（例如小麦胚芽或网织红细胞提取物）；纯化的分子例如蛋白质，DNA或RNA）；以及抗生素和其他药品的商业化生产。仅在活细胞中复制的病毒在实验室中在细胞或组织培养物中进行研究，并且许多动物病毒学家将这种工作称为在体外将其与整个动物体内工作区分开。
体外诊断是指广泛的医学和兽医实验室测试，其用于使用从患者处获得的血液、细胞或其他组织的样品来诊断患者和监测患者的临床状态。
体外测试已经用于表征活生物体内药物或一般化学品的特定吸附、分布、代谢和排泄过程。例如，可以进行Caco-2细胞实验以估计化合物通过胃肠道内层的吸收；可以确定化合物在器官之间的分配以研究分布机制；悬浮或平板培养的原代肝细胞或肝细胞样细胞系（HepG2，HepaRG）可用于研究和定量化学品的代谢。然后可以将这些ADME过程参数整合到所谓的“基于生理的药代动力学模型”或PBPK中。
体外实验相比体内实验利用整个生物体进行实验，可实现物种特异性，更简单，更方便和更详细的分析。 正如在整个动物的研究逐渐取代人类试验，体外实验也正逐渐取代对整个动物的研究。
活生物体是在由膜空间组织的环境中，由至少数万个基因、蛋白质分子、RNA分子、小有机化合物、无机离子和复合物组成的极其复杂的功能系统。在多细胞生物体、器官系统中、这些无数组分以处理食物、去除废物、将组分移动到正确位置，并且响应于信号分子、其他生物体、光、声音、热、味道、触觉和平衡的方式与彼此和它们的环境相互作用 。这种复杂性使得人们难以识别各个组分之间的相互作用，并且难以探索它们的基本生物学功能。 体外实验工作简化了正在研究的系统，因此研究者可以专注于少数组件的研究。
例如，探索
免疫系统的蛋白质（例如抗体）以及它们识别并结合外源抗原的机制将保持非常模糊，但可广泛使用体外实验来分离蛋白质，鉴定细胞和产生它们的基因，研究它们与抗原相互作用的物理性质，并鉴定这些相互作用如何导致激活免疫系统的其它组分的细胞信号。
体外实验可以实现小型化和自动化，产生用于在药理学或毒理学中测试分子的
高通量筛选方法。
体外实验研究的主要缺点是从体外实验的结果外推到完整生物体的生物学具有挑战性。进行体外实验的研究者必须小心避免对其结果的过度解释，这可能导致关于有机体和
系统生物学的错误结论。
例如，开发新的病毒药物以治疗病原性病毒（例如HIV-1）感染的科学家可能发现候选药物起作用，以防止在体外环境（通常是细胞培养）中的病毒复制。然而，在临床使用这种药物之前，它必须通过一系列体内试验，以确定它是否在完整生物体（通常是小动物，
灵长类动物和人类）中是安全和有效的。通常，在体外有效的大多数候选药物在体内证明在体内无效，因为与药物向受影响组织的递送相关的问题，对于在最初体外实验研究中，并未表现出对生物体主要部分的毒性或其他问题。