非線性問題是指自變量與因變量之間不是成直線關係，而是成曲線、曲面或不確定屬性的關係的問題。
在數學上，這通常表現爲不能簡單地表示爲y=ax+b的函數關係，其中a和b爲常數，這種關係在自然界和工程領域中普遍存在，與線性問題相對。線性問題指的是量與量之間按比例、成直線的關係，其中一階導數爲常數，而非線性問題則指的是不按比例、不成直線的關係，其特點包括不規則的運動和突變。
例如，在電子學中，普通的電阻表現出線性關係，其中電壓和電流之間呈線性關係；相比之下，二極管表現出非線性行爲，因爲其正向電阻值隨工作條件的不同而變化。非線性問題的解決方法通常比線性問題更復雜，因爲它們可能涉及非線性微分方程或積分方程，這些方程通常沒有解析解，而需要數值方法進行求解。