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Die nichtlineare Optimierung (engl.: nonlinear programming, kurz: NLP) beschäftigt sich mit der Lösung nichtlinearer Optimierungsprobleme, also mit Optimierungsproblemen, deren Zielfunktion nichtlinear ist und/oder deren Nebenbedingungen durch nichtlineare Funktionen beschrieben werden. Sie ist ein Teilgebiet der mathematischen Optimierung und enthält als Spezialfall die konvexe Optimierung. In Abgrenzung zur konvexen Optimierung wird hier lediglich die stetige Differenzierbarkeit aller Funktionen, nicht jedoch ihre Konvexität, vorausgesetzt. Alle grundlegenden Begriffe wie Zielfunktion, Entscheidungsvariablen, Nebenbedingungen, zulässige Menge, lokale und globale Optimierung werden in den Artikeln zur mathematischen Optimierung und zu allgemeinen Optimierungsproblemen erklärt.