消化作用（digestion）簡稱消化，是指異營生物將食物（大分子）分解成足夠小的水溶性分子（小分子），可以溶解在血漿，讓身體能夠吸收利用的過程。有些動物會透過小腸吸收小分子，帶到血液系統中。

消化作用是生物異化作用（分解代謝）的一環，可以分為兩個階段：首先藉由機械性的作用（機械消化，mechanical digestion）或稱物理消化，將食物碎裂成小裂片；其次是化學性的作用（化學消化，chemical digestion），經由酶的催化，將大分子水解成小分子單體。無法消化的殘渣則會再排出體外。

大多數食物中所含的有機物包括蛋白質、脂肪和碳水化合物。由於這些大分子聚合物無法穿過細胞膜進入細胞內，而且動物需要用單體來合成自身身體所需的聚合物，因此動物需要藉由消化作用將食物中的大分子分解成單體。例如將蛋白質分解為胺基酸，多醣及雙醣分解為單醣，脂肪分解為甘油及脂肪酸等。