ระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ หรือ ระบบเอสไอ (อังกฤษ: International System of Units; ฝรั่งเศส: Syst?me international d'unit?s: SI) เป็นระบบการวัดที่ปรับปรุงมาจากระบบเมตริก โดยเน้นการสร้างมาจากหน่วยฐานทั้งเจ็ดหน่วยและใช้ระบบเลขฐานสิบ ซึ่งถือว่าเป็นระบบการวัดที่ใช้แพร่หลายที่สุดในโลกทั้งในชีวิตประจำวันและทางวิทยาศาสตร์
ระบบเมตริกแต่เดิมนั้นแบ่งออกเป็นหลายกลุ่ม โดยระบบเอสไอได้รับการพัฒนามาจากระบบหน่วยเมตร-กิโลกรัม-วินาที (meter-kilogram-second: MKS) ในปี 1960 และได้ปรับเปลี่ยนนิยามรวมถึงเพิ่มลดหน่วยฐานเอสไอมาตลอดตามการพัฒนาเทคโนโลยีทางด้านการวัด เพื่อเพิ่มความเที่ยงตรงในการวัดมากขึ้น
ระบบเอสไอเป็นระบบที่ใช้กันเกือบทั้งโลก มีเพียงสามประเทศที่ยังไม่ใช้หน่วยเอสไอเป็นมาตรฐานของหน่วยวัด ได้แก่ ไลบีเรีย พม่า และ สหรัฐอเมริกา แม้ในอังกฤษเองได้ยอมรับให้ใช้ระบบเอสไออย่างเป็นทางการ แม้ว่าจะไม่สามารถทดแทนระบบดั้งเดิมได้ทั้งหมด
ระบบเมตริกถือกำเนิดขึ้นจากการรวบรวมหน่วยวัดต่าง ๆ โดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ซึ่งได้รับการแต่งตั้งให้เป็นคณะกรรมการจากสภาผู้แทนราษฎรฝรั่งเศสและพระเจ้าหลุยส์ที่ 16 ให้สร้างระบบการวัดที่เป็นสากลและเหมาะสม (ซึ่งหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์กลุ่มนั้นคือ อ็องตวน ลาวัวซีเย ผู้ได้รับฉายาว่าเป็น "บิดาแห่งเคมีสมัยใหม่") ในวันที่ 1 สิงหาคม ค.ศ. 1793 สมัชชาแห่งชาติฝรั่งเศส ได้ให้นิยามของหน่วยเมตรใหม่และกำหนดความยาวมาตรฐานรวมถึงหน่วยวัดฐานสิบอื่น ๆ ในวันที่ 7 เมษายน ค.ศ. 1795 ได้กำหนดหน่วยวัดมาตรฐานไว้ห้าหน่วยในกฎหมาย Loi du 18 germinal, an III ได้กำหนดนิยามของหน่วยกรัม ขึ้นมาแทนหน่วย grave ที่มีอยู่แต่เดิม จนในวันที่ 10 ธันวาคม 1799 (ภายหลังการรัฐประหารของนโปเลียน 1 เดือน) ระบบเมตริกในฝรั่งเศสก็ใช้ได้อย่างสมบูรณ์
ความต้องการในการร่วมมือระหว่างประเทศในด้านมาตรวิทยานำไปสู่การเซ็นสนธิสัญญาเมตริก 20 พฤษภาคม พ.ศ. 2418 (ค.ศ. 1875) ที่กรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส ซึ่งทำให้เกิดการจัดตั้งสำนักงานชั่ง ตวง วัดระหว่างประเทศ (BIPM) เพื่อกำหนดหน่วยวัดสากล คณะกรรมการมาตรวิทยาสากล (CIPM) และการประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศ (CGPM) ซึ่งจัดประชุมทุก ๆ 4-6 ปี
หลังจากสงครามโลกครั้งที่ 2 ระบบมาตรวัดยังคงไม่เป็นมาตรฐาน ทั้งความหลากหลายที่เกิดจากระบบเมทริกเอง และความหลากหลายที่เกิดจากระบบมาตรวัดแบบดั้งเดิม ในการประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศครั้งที่ 9 ในปี 1948 จึงกำหนดให้คณะกรรมการมาตรวิทยาสากลสร้างหลักสูตรการศึกษาทางด้านมาตรวิทยาในระดับสากลขึ้นเพื่อใช้ในด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และการศึกษา
เพื่อสร้างหลักสูตรนี้ การประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศครั้งที่ 10 จึงเห็นสมควรที่จะสร้างระบบสากลขึ้นมาจากหน่วยฐานทั้งหก โดยเพิ่มการวัดอุณหภูมิและการส่องสว่างจากแต่เดิมที่สร้างหน่วยวัดแค่ระบบกลศาสตร์และแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ เมตร กิโลกรัม วินาที แอมแปร์ องศาเคลวิน (ซึ่งภายหลังได้ตัดคำว่า "องศา" ทิ้งไป) และ แคนเดลา การประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศครั้งที่ 11 ปี 1960 จึงได้กำหนดชื่อระบบใหม่นี้ว่า "ระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ" หรือที่ย่อเป็น "ระบบเอสไอ" จากชื่อระบบในภาษาฝรั่งเศสที่ว่า Syst?me international d'unit?s และมีการเพิ่มหน่วยโมล เข้าเป็นหน่วยฐานในการประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศครั้งที่ 14 ปี 1971
ระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศประกอบไปด้วยชุดของหน่วยวัดเอสไอและชุดของคำนำหน้าเอสไอ หน่วยวัดเอสไอเองแบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือหน่วยฐานเอสไอและหน่วยอนุพันธ์เอสไอ
เราสามารถสร้างหน่วยอนุพันธ์เอสไอได้ไม่จำกัดจากการนำหน่วยฐานเอสไอทั้งเจ็ดมาคูณหรือหารกัน ตัวอย่างเช่นหน่วยอนุพันธ์ของเอสไอเกี่ยวกับความเร็วคือเมตรต่อวินาที (m/s) หน่วยอนุพันธ์บางหน่วยอาจมีชื่อเฉพาะเนื่องจากมีการใช้บ่อย ๆ เช่นโอห์ม หน่วยของความต้านทานซึ่งมีสัญลักษณ์ ? สามารถนิยามได้จาก ? = m2?kg?s?3?A?2 อันมีผลมาจากนิยามเกี่ยวกับความต้านทานไฟฟ้าโดยตรง
มีหน่วยพิเศษสองหน่วยคือเรเดียนและสเตอเรเดียน ที่เดิมถูกกำหนดให้เป็นหน่วยเสริม (Supplement Unit) ของระบบเอสไอ แต่ภายหลังได้รับการยกเลิกและจัดเป็นหน่วยอนุพันธ์ประเภทหนึ่งที่ไร้มิติ (Dimentionless) กล่าวคือไม่มีหน่วยแทน
คำนำหน้าหน่วยเอสไอเป็นคำที่ใช้เติมข้างหน้าหน่วยเอสไอเพื่อสร้างพหุคูณของหน่วยเอสไอเดิม พหุคูณของหน่วยเอสไอจะเป็นสิบยกกำลังด้วยจำนวนเต็มเท่าต่าง ๆ และนอกเหนือจากสิบเท่า ร้อยเท่า ส่วนสิบเท่า และส่วนร้อยเท่าแล้วจะเป็นพหุคูณของพันเท่าและส่วนพันเท่าทั้งหมด
นอกเหนือจากหน่วยเอสไอแล้ว ยังมีชุดของหน่วยที่ไม่ใช่เอสไอแต่ยอมรับให้ใช้ในระบบเอสไอซึ่งมักจะเป็นหน่วยที่ใช้เป็นประจำแต่ไม่ตกอยู่ในกฎของเอสไอเช่นหน่วยลิตร
