파울리 배타 원리(Pauli exclusion principle)는 1924년 오스트리아의 물리학자 볼프강 파울리(Wolfgang Pauli)가 제창한 양자역학의 기본 원리이다. 파울리는 이 원리를 포함한 공로로 1945년 노벨 물리학상을 수상하였다.
이 원리의 핵심 내용은, 하나의 양자 상태(quantum state)에 두 개의 동일한 페르미온(fermion)이 존재할 수 없다는 것이다. 페르미온은 반정수 스핀(half-integer spin)을 가지는 입자로, 전자(electron), 양성자(proton), 중성자(neutron) 등이 이에 해당한다. 두 개의 동일한 페르미온의 전체 파동 함수(wave function)는 두 입자의 위치와 스핀 좌표를 서로 바꾸었을 때(permutation) 부호가 반전되는 반대칭(antisymmetric) 성질을 가진다.
이 원리를 원자 내 전자에 적용하면, 같은 원자에 속한 두 전자는 네 개의 양자수(주양자수 n, 방위양자수 l, 자기양자수 m_l, 스핀양자수 m_s)가 모두 동일한 상태를 가질 수 없다. 즉, n, l, m_l이 같다면 m_s(스핀 양자수)는 반드시 서로 반대값(+1/2와 -1/2)을 가져야 한다. 이로 인해 하나의 원자 궤도(orbital)에는 최대 두 개의 전자만이 존재할 수 있으며, 그 두 전자는 반대 방향의 스핀을 가져야 한다.
파울리 배타 원리는 페르미온과 보손(boson)을 구별짓는 근본적인 기준이 된다. 보손은 정수 스핀을 가지며, 동일한 양자 상태에 여러 개가 공존할 수 있다. 보손의 전체 파동 함수는 두 입자의 교환에 대해 대칭(symmetric)이다. 페르미온은 파울리 배타 원리를 따르며 페르미-디랙 통계(Fermi-Dirac statistics)를 따르고, 보손은 보스-아인슈타인 통계(Bose-Einstein statistics)를 따른다.
이 원리는 원자 내 전자 껍질의 폐쇄(closure) 구조와 주기율표의 주기 길이(2, 8, 18, 32...)를 설명하는 근거가 된다. 또한 화학 결합, 고체의 전기적 성질, 금속의 전자 구조, 백색왜성과 중성자별의 안정성 등 다양한 물리적 현상을 이해하는 데 핵심적인 역할을 한다. 파울리 배타 원리는 양자역학에서 경험적으로 발견된 기본 원리로서, 보다 근본적인 이론으로부터 완전히 연역되지는 않으며, 이는 파울리本人도 지적한 바 있다.
