地球空洞説（ちきゅうくうどうせつ、hollow Earth theory）とは、我々の住むこの地球は、中身の詰まった球体ではなく、ゴムボールのように中空であるという考え方。これには球殻の内側の凹面は人間などの居住が可能だというアイデアを含んでいる。
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SFや冒険小説の世界では一時期、非常にポピュラーな舞台設定として独自の位置を築いていたが、現在ではあまり見られなくなったテーマである。測地学の分野では相当の長期間にわたって議論されたが、科学者たちは一様にこれを疑似科学であるとして退けた。
アイザック・ニュートンの万有引力の法則に従えば、球状に対称な凹面の殻内部では、殻の厚さに関わり無く、全ての地点で無重力となってしまうことが解っている（地球の自転から生じる遠心力は“外”方向へ人を引きつけるが、回転半径が最も大きい赤道地域でさえ、この力は通常の地球の重力の0.3％にすぎない）。
古代において、地下の領域というアイデアは非常にポピュラーで、例えばギリシア神話における冥府（ハデス）、ユダヤ教における冥土、キリスト教における地獄などの場所の概念と深く結びついていた。
1692年、イギリスの天文学者エドモンド・ハレーは、極地方の変則的な磁気変動を説明するために地球空洞説を考案。イギリス学士院で「地球空洞説」を発表した。これは水星と同じ直径の中心核と、金星および火星と同じ直径で厚さ500マイルの同心球状の二つの内核とからなる空洞地球という説であった。これらの殻同士は空気の層で切り離され、各々の殻はそれぞれ磁極を有しており、さらに異なる速度で自転しているとされた。 また彼の説では、地球内部は明るく、おそらくは居住可能であること、さらにそこから逃げてくる発光性ガスによって揺らめくオーロラが生じるとされた。 さらにオイラーの公式やオイラーの多面体定理で知られるスイスの数学者レオンハルト・オイラーも地球空洞説をとなえた。こちらは多重球殻を採用せず、地球内部の高度な文明を照らす一個の内部太陽を仮定したものである。