사원소설(四元素說)은 고대 그리스의 자연철학자 엠페도클레스(Empedokles, 기원전 490~430년경)가 처음 주창한 자연철학 이론으로, 세상의 모든 물질이 물(水), 불(火), 공기(氣), 흙(土)이라는 네 가지 기본 원소(리조마타, ῥιζώματα)의 혼합과 분리를 통해 생성되고 소멸된다고 보는 학설이다.
엠페도클레스는 이 네 원소가 '사랑(Philia)'과 '미움(Neikos)'이라는 두 가지 상반된 힘에 의해 결합과 분리를 반복하며, 이 과정에서 만물이 형성된다고 주장하였다. 이후 플라톤(Platon, 기원전 427~347년)은 이 네 원소에 각각 기하학적 형태(불=정사면체, 흙=정육면체, 공기=정팔면체, 물=정이십면체)를 부여하였고, 제5원소로서 에테르를 언급하기도 하였다. 아리스토텔레스(Aristoteles, 기원전 384~322년)는 4원소설을 계승하여 각 원소에 '습함과 건조함, 차가움과 뜨거움'이라는 네 가지 성질을 결합시켰으며, 원소 간 상호 전환이 가능하다는 이론적 토대를 마련하였다. 이는 중세 연금술의 중요한 이론적 근거가 되었다.
사원소설은 17세기까지 서양 자연철학과 과학의 지배적 패러다임으로 기능하였으나, 로버트 보일(Robert Boyle, 1627~1691)의 비판과 라부아지에(Antoine Lavoisier, 1743~1794)의 화학 혁명, 그리고 돌턴(John Dalton, 1766~1844)의 근대 원자론이 등장하면서 과학적 설명력을 상실하였다. 현대 과학의 관점에서 사원소설은 실험적 검증을 거치지 않은 고대의 자연철학적 추론에 해당한다.
한편, 17세기 예수회 선교사 알폰소 바뇨니(Alfonso Vagnoni)가 저술한 한문서학서 《공제격치(空際格致)》(1633년)를 통해 사원소설(사행론, 四行論)이 조선에 전래되었다. 이 책은 조선 후기 실학자 이익(李瀷), 홍대용(洪大容), 최한기(崔漢綺) 등에게 영향을 주어, 이들이 동양의 음양오행론을 비판적으로 검토하고 서양의 자연관을 수용하는 계기로 작용하였다.
현대에 이르러 사원소설은 과학 이론으로서의 지위는 상실하였으나, 판타지 장르의 문학·게임·영화 등에서 세계관의 구성 요소로 널리 차용되고 있다.
