ไขมันไม่อิ่มตัว (อังกฤษ: unsaturated fat) เป็นกรดไขมันที่มีพันธะคู่อย่างน้อยหนึ่งคู่ภายในโซ่กรดไขมันโซ่กรดไขมันเรียกว่า มีพันธะคู่เดี่ยว (monounsaturated) ถ้ามีพันธะคู่หนึ่งคู่ และมีพันธะคู่หลายคู่ (polyunsaturated) ถ้ามีพันธะคู่มากกว่านั้นในที่ ๆ เกิดพันธะคู่ โซ่คาร์บอนจะไร้อะตอมไฮโดรเจนดังนั้น ไขมันอิ่มตัวที่ไม่มีพันธะคู่เลย ก็จะมีไฮโดรเจนยึดกับคาร์บอนเป็นจำนวนมากที่สุด และดังนั้น จึง "อิ่มตัว" เพราะมีไฮโดรเจนเต็มในเมแทบอลิซึมระดับเซลล์ โมเลกุลไขมันไม่อิ่มตัวมีพลังงาน (คือ แคลอรี) น้อยกว่าไขมันอิ่มตัวเท่า ๆ กันกรดไขมันยิ่งไม่อิ่มตัวเท่าไร (คือมีพันธะคู่มากขึ้น ๆ) ก็จะไวต่อกระบวนการ lipid peroxidationคือหืน/มีกลิ่นเหม็นง่ายยิ่งขึ้นเท่านั้นสารต้านอนุมูลอิสระเช่นวิตามินสามารถป้องกันไขมันไม่อิ่มตัวจากกระบวนการนี้