Gauge theory, klass av kvantfältsteori, en matematisk teori som omfattar både kvantmekanik och Einsteins speciella relativitetsteori och som vanligen används för att beskriva subatomära partiklar och deras tillhörande vågfält. I en gauge-teori finns det en grupp av transformationer av fältvariablerna (gauge-transformationer) som lämnar kvantfältets grundläggande fysik oförändrad. Detta villkor, som kallas gaugeinvarians, ger teorin en viss symmetri som styr dess ekvationer. Kort sagt innebär strukturen hos gruppen av gauge-transformationer i en viss gauge-teori allmänna restriktioner för hur det fält som beskrivs av den teorin kan interagera med andra fält och elementarpartiklar.
Den klassiska teorin om det elektromagnetiska fältet, som föreslogs av den brittiske fysikern James Clerk Maxwell 1864, är prototypen för gauge-teorier, även om begreppet gauge-transformation inte utvecklades fullt ut förrän i början av 1900-talet av den tyske matematikern Hermann Weyl. I Maxwells teori är de grundläggande fältvariablerna de elektriska och magnetiska fältens styrka, som kan beskrivas med hjälp av hjälpvariabler (t.ex. skalar- och vektorpotentialerna). Spårtransformationerna i denna teori består av vissa förändringar i värdena för dessa potentialer som inte resulterar i en förändring av de elektriska och magnetiska fälten. Denna invarians för mätaren bevaras i den moderna teorin om elektromagnetism som kallas kvantelektrodynamik (q.v.), eller QED. Det moderna arbetet med gauge-teorier började med de amerikanska fysikerna Chen Ning Yang och Robert L. Mills försök (1954) att formulera en gauge-teori för den starka växelverkan. Gruppen av mättransformationer i denna teori handlade om isospin (q.v.) hos starkt växelverkande partiklar. I slutet av 1960-talet utvecklade Steven Weinberg, Sheldon Glashow och Abdus Salam en gauge-teori som behandlar elektromagnetisk och svag växelverkan på ett enhetligt sätt. Denna teori, som nu vanligen kallas den elektrosvaga teorin, har haft anmärkningsvärda framgångar och är allmänt accepterad. Under mitten av 1970-talet gjordes mycket arbete för att utveckla kvantkromodynamik (QCD), en gauge-teori för växelverkan mellan kvarkar (se kvark). Av olika teoretiska skäl verkar begreppet gaugeinvarians vara grundläggande, och många fysiker tror att den slutliga föreningen av de grundläggande växelverkningarna (dvs. gravitationella, elektromagnetiska, starka och svaga) kommer att uppnås med hjälp av en gaugeteori. Se även kvantfältsteori.