윌러드 프랭크 리비(Willard Frank Libby, 1908년 12월 17일~1980년 9월 8일)는 미국의 물리화학자로, 방사성 탄소 연대 측정법(탄소-14 연대 측정법)을 개발한 것으로 널리 알려져 있다. 이 업적으로 그는 1960년 노벨 화학상을 수상하였다.
1908년 미국 콜로라도주 그랜드 밸리에서 태어났다. 어린 시절 가족이 캘리포니아주로 이주하여 세바스토폴 근처에서 성장하였다. 1927년 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스에 입학하여 1931년 학사 학위를, 1933년 박사 학위를 취득하였다. 이후 같은 대학 화학과에서 교수로 재직하며 방사성 핵종 연구와 자연 방사능 및 인공 방사능 측정을 위한 고감도 가이거 계수기 개발에 몰두하였다.
제2차 세계 대전 동안에는 맨해튼 계획에 참여하여 컬럼비아 대학교의 SAM(Substitute Alloy Materials) 연구소에서 농축 우라늄 생산을 위한 기체확산법 개발에 기여하였다. 전쟁이 끝난 후인 1945년부터 시카고 대학교 화학과 교수 겸 핵연구소 연구원으로 재직하였다.
1946년, 리비는 유기물 속의 탄소-14 함량을 측정하여 그 연대를 추정하는 혁신적인 방법을 제안하였다. 이 방법은 방사성 탄소 연대 측정법으로 알려졌으며, 1949년에 실용화되어 고고학과 고생물학 분야에 큰 변화를 가져왔다. 유기체가 살아있는 동안 흡수한 탄소-14가 사후 일정한 반감기(약 5,730년)로 붕괴하는 원리를 이용하여 과거 유기물의 연대를 추정할 수 있다는 것이 이 방법의 핵심이다.
이후 1954년 드와이트 아이젠하워 대통령에 의해 미국 원자력위원회(AEC) 위원으로 임명되었으며, 1959년까지 재임하였다. 1959년부터는 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA)에서 화학 교수로 재직하였고, 1962년부터는 지구물리·행성물리 연구소 소장을 역임하였다.
리비가 받은 주요 수상으로는 레서치 코퍼레이션 상(1951), 엘리엇 크레슨 메달(1957), 윌러드 기브스 상(1958), 알베르트 아인슈타인 상(1959) 등이 있으며, 1960년 노벨 화학상을 수상하였다. 그의 대표 저서로 《Radiocarbon Dating》(1952년 초판, 1955년 2판)이 있다.
리비의 방사성 탄소 연대 측정법은 이후 수많은 고고학적 유물과 지질학적 시료의 연대 측정에 널리 활용되며, 현대 과학사에서 가장 중요한 발견 중 하나로 평가받는다. 그는 1980년 9월 8일 캘리포니아주 로스앤젤레스에서 사망하였다.
