自由能量原理，也稱為自由能量原理（Free Energy Principle，FEP），是一個理論框架，旨在解釋生物系統和非生物系統如何通過最小化內部狀態的自由能來保持在非平衡穩態。這一原理最初由Karl Friston提出，並基於控制論、預測編碼和貝葉斯推斷等關鍵思想。
在物理化學中，自由能是指在某個熱力學過程中，系統減少的內能中可以轉化為對外做功的部分。它分為亥姆霍茲自由能和吉布斯自由能，分別定義為在定容和定壓條件下的自由能。自由能的變化（ΔG）可以表示為ΔG=ΔH-TΔS，其中ΔH是焓變，T是絕對溫度，ΔS是熵變。
在生物系統的上下文中，自由能量原理表明，所有生物體（包括單細胞細菌和複雜的多細胞生物體）都努力最小化它們對環境的預測錯誤，這種錯誤可以用自由能量這個度量來量化。生物體通過感知環境並基於這些感知做出反應，努力減少他們對環境的猜測的錯誤。這個過程涉及到預測編碼，即生物體嘗試預測即將發生的事件，並根據實際結果調整他們的內部模型。
自由能量原理被廣泛套用於神經科學和認知科學中，用於解釋大腦如何處理信息、做出決策以及進行學習。它也被認為是一個統一的生命與大腦的功能理論，認為所有的生物、人工和神經系統都在努力最小化其自由能。
然而，這個原理也受到一些批評，包括它提出的形上學假設與可檢驗的科學預測相去甚遠，使其成為不可證偽的理論。儘管如此，自由能量原理仍然為理解複雜生命系統，尤其是其自組織過程提供了啟示意義。