ภาพลวงตา หรือ การแปลสิ่งเร้าผิดทางตา (อังกฤษ: optical illusion) ก็คือ การเห็นที่ไม่ตรงกับความเป็นจริง หรือที่ทำให้เกิดความคิดผิด ๆ ดังนั้น ข้อมูลที่ตาได้รับเกิดการแปลผลในสมองที่ทำให้เกิดการรับรู้ที่ไม่ตรงกับลักษณะจริง ๆ ของวัตถุที่เป็นสิ่งเร้า

มีความเชื่อโดยทั่ว ๆ ไปว่า มีภาพลวงตาที่เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติและมีภาพลวงตาที่สร้างขึ้นได้โดยใช้กลอุบายที่สามารถใช้ศึกษาให้เข้าใจในระดับพื้นฐานว่า ระบบการรับรู้ในมนุษย์นั้นทำงานอย่างไรคือ สมองสร้างโลกจำลองขึ้นในหัวของเราโดยมีพื้นฐานจากข้อมูลที่มันเอามาเป็นตัวอย่างจากสิ่งแวดล้อมแต่ว่า บางครั้ง มันพยายามจัดระเบียบข้อมูลเหล่านั้นโดยวิธีที่คิดว่าดีที่สุด (ที่อาจไม่ตรงกับความเป็นจริง) และบางครั้ง มันก็เติมข้อมูลที่ไม่มีให้เต็มเอง[6] วิธีการทำงานของสมองแบบนี้เป็นเหตุของการแปลสิ่งเร้าผิด ๆ