หน่วยเสียง (อังกฤษ: phoneme) เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของภาษาพูด สัทสมาคมระหว่างประเทศนิยามหน่วยเสียงว่าหมายถึง "ส่วนที่เล็กที่สุดของเสียงที่ใช้เพื่อสร้างความหมายต่าง ๆ เมื่อเปล่งเสียงออกมา"
ในทางภาษาศาสตร์ยังมีทรรศนะแตกต่างกันว่าหน่วยเสียงเป็นอย่างไรแน่ และภาษาจำแนกออกเป็นหน่วยเสียงได้อย่างไร แต่โดยทั่วไปจะเข้าใจอย่างกว้าง ๆ ร่วมกันว่าหน่วยเสียงเป็นภาวะนามธรรมของชุดเสียงพูดที่ถือว่ามีลักษณะเหมือนกันในภาษานั้น ๆ ตัวอย่างเช่นในภาษาอังกฤษ "k" ในคำว่า kit และ skill ออกเสียงต่างกัน แต่ผู้พูดภาษาอังกฤษถือว่าเป็นเสียงเดียวกัน ดังนั้น k ในคำทั้งสองจึงถือเป็นหน่วยเสียงเดียวกันในรูป /k/ กรณีเสียงพูดต่างกันแต่ใช้หน่วยเสียงเดียวกันนี้เรียกว่าเสียงย่อย (allophone) ดังนั้นจึงถือว่าหน่วยเสียงเป็นตัวแสดงคำต่าง ๆ ออกมา
การศึกษาระบบหน่วยเสียงถือเป็นประเด็นศึกษาหลักของสัทวิทยาซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของภาษาศาสตร์
