พยานวัตถุ หรือ วัตถุพยาน (อังกฤษ: physical evidence, real evidence หรือ material evidence) หมายถึงพยานหลักฐานเชิงวัตถุที่มีส่วนเกี่ยวกับคดีและพบในสถานที่เกิดเหตุ พยานวัตถุสามารถเป็นอะไรก็ได้เช่น ศพ รถยนต์ รถจักรยานยนต์ เศษผ้า กลิ่นน้ำหอม กลิ่นสารเคมี ภาพถ่าย ภาพวิดีโอ ภาพจากกล้องวงจรปิด ฯลฯ พยานวัตถุเป็นหลักฐานและเครื่องช่วยชี้ชัดว่ามีการก่ออาชญากรรมขึ้นอย่างแน่นอน[1]เช่น ผู้เสียหายเข้าแจ้งความต่อเจ้าหน้าที่ตำรวจโดยกล่าวอ้างว่าถูกข่มขืน และจากการตรวจสอบพบว่าผู้เสียหายมีเสื้อผ้าฉีกขาด มีบาดแผลฟกช้ำตามร่างกายหลายแห่ง น่าจะแสดงว่ามีการก่ออาชญากรรมขึ้นแล้วจริง ไม่ใช่เป็นการกล่าวหาลอย ๆ หรือเป็นการเจตนาใส่ร้ายผู้ต้องสงสัย สามารถชี้ว่าผู้กระทำความผิดได้อยู่ในที่เกิดเหตุเช่น ตรวจได้ขนแมวที่ขากางเกงของผู้ต้องสงสัยที่ผู้ต้องสงสัยอธิบายที่มาที่ไปไม่ได้ และบ้านที่ผู้เสียหายถูกข่มขืนเลี้ยงแมวไว้ 2 ตัว ขนแมวที่พบในกางเกงของผู้ต้องสงสัย เป็นพยานวัตถุอย่างหนึ่ง ที่สามารถนำมาใช้เป็นพยานหลักฐานในการสืบสวนสอบสวน