在数学的范畴论中，自然变换是将一个函子变为另一个函子，使相关范畴的内在结构（就是态射间的复合）得以保持。因此可以将自然变换视为「函子间的态射」。这一看法其实也能形式化，定义出函子范畴。自然变换与范畴及函子一样，都是范畴论很基本的概念。
定义.设"C"和"D"是范畴，"F"和"G"是"C"和"D"之间的函子。一个从"F"到"G" 的自然变换η，对"C"中每个对象，给出一个在"D"的对象间的态射，称为η在"X"处的分量（component），使得对"C"中每个态射都有：上式可表达为