Frihetsgrad er et mål på graden av frihet for en partikkel eller et system.
Et systems faserom er et konstruert rom der punktene i rommet representerer systemets mulige tilstander. For et mekanisk system består faserommet av punkter som representerer systemets mulige posisjoner og bevegelser (mulige verdier av systemets bevegelsesmengde). Antall frihetsgrader for systemet er lik faserommets dimensjon.
En partikkel som er bundet til å bevege seg på en linje med konstant fart har én frihetsgrad. Dersom farten kan variere fritt, har har partikkelen to frihetsgrader. En partikkel som kan bevege seg fritt i en flate, har fire frihetsgrader; to som representerer partikkelen posisjon og to som representerer dens hastighet. Men en partikkel som beveger seg i et plan, kan godt ha bare én frihetsgrad, dersom det er begrensninger på hvordan partikkelen kan bevege seg. Dersom partikkelen for eksempel kun kan bevege seg i en sirkel med en bestemt fart, har den bare én frihetsgrad som representerer partikkelens posisjon på sirkelen. Et punkt som kan bevege seg fritt, uten begrensninger på bevegelsen, i alle tre retninger i et rom, har seks frihetsgrader.
Frihetsgrader spiller en viktig rolle i kinetisk gassteori og statistisk mekanikk.