Longitudinaal onderzoek is onderzoek waarbij gegevens van een groep mensen of dieren over een langere periode worden verzameld en geanalyseerd. Het kan worden gebruikt om veranderingen in gedrag, gezondheid, ontwikkeling, cognitieve vermogens, enzovoort in de loop van de tijd te onderzoeken. Longitudinaal onderzoek kan belangrijke informatie opleveren over de oorzaken en gevolgen van bepaalde verschijnselen en over de effectiviteit van bepaalde interventies.
Een belangrijk voordeel van longitudinaal onderzoek is dat het veranderingen in individuen in kaart kan brengen en dat deze veranderingen kunnen worden gekoppeld aan individuele eigenschappen, zoals genetische factoren, omgevingsfactoren, sociaal-economische status, enzovoort. Een ander voordeel is dat het de mogelijkheid biedt om causale verbanden te onderzoeken tussen variabelen, in plaats van alleen maar correlaties te vinden. Een belangrijk nadeel van longitudinaal onderzoek is dat het vaak langdurig is en daardoor kostbaar, tijdrovend en moeilijk te organiseren kan zijn.