ถ้ำวิทยา (อังกฤษ: Speleology) คือการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ของถ้ำและคุณลักษณะคาสต์, ภาพรวม, โครงสร้าง, คุณสมบัติทางกายภาพ, ประวัติ, รูปแบบชีวิต และกระบวนการโดยการก่อตัวขึ้น (การถือกำเนิดของถ้ำ) และเปลี่ยนไปตามกาลเวลา (ถ้ำสัณฐานวิทยา) นิยามศัพท์ถ้ำวิทยา บางครั้งใช้กับกิจกรรมสันทนาการของการสำรวจถ้ำ แต่นี้เป็นที่รู้จักมากขึ้นอย่างถูกต้องว่าเป็นกิจกรรมสำรวจถ้ำ (caving หรือ potholing) หรือ นิยามศัพท์อเมริกันการสำรวจถ้ำโดยผู้เข้าร่วม (spelunking) ที่เลิกใช้แล้ว ถ้ำวิทยาและการสำรวจถ้ำมักเชื่อมต่อ เนื่องจากทักษะทางกายภาพที่จำเป็นสำหรับการศึกษาในแหล่งกำเนิดจะเหมือนกันถ้ำวิทยาเป็นสาขาวิชาข้ามสาขา ที่รวมความรู้ด้านเคมี, ชีววิทยา, ธรณีวิทยา, ฟิสิกส์, อุตุนิยมวิทยา และวิชาเขียนแผนที่ เพื่อพัฒนาภาพเหมือนของถ้ำ และระบบการพัฒนาที่ซับซ้อน