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Als Allotropie (von altgriechisch ἀλλοτροπεῖν allotropeín „sich verändern“ und ἀλλοτρόπως allotrópōs „auf eine andere Art“) bezeichnet man die Erscheinung, wenn ein chemisches Element im gleichen Aggregatzustand in zwei oder mehr Strukturformen auftritt, die sich physikalisch und in ihrer chemischen Reaktionsbereitschaft voneinander unterscheiden. Hierbei kann das Element spontan von einer Kristallstruktur in eine andere stabilere Kristallstruktur übergehen. Dieser allotrope Phasenübergang verläuft meist nur sehr langsam.
Allotropien werden in der Chemie, Mineralogie und Materialwissenschaft auch als Modifikationen eines chemischen Elements bezeichnet.
Der Begriff stammt von Jöns Jakob Berzelius. Das Phänomen wurde schon von Antoine de Lavoisier nachgewiesen, als er zeigte, dass Diamant aus reinem Kohlenstoff besteht.