孢粉學是研究植物的孢子、花粉(簡稱孢粉)的形態、分類及其在各個領域中應用的一門科學。孢粉學可以分為兩個領域，現代孢粉學及古孢粉學。英國加的夫大學的海德和威廉斯于1945年最先創用孢粉學一詞。
孢粉學研究的基礎部分為植物學的一部分，主要為孢粉的形態、分類及生理、生化等方面。其應用部分則各有側重，古孢粉學或稱地質孢粉學主要為地層對比、尋找有關礦產，尤其是煤和石油以及其他陸相沉積礦產服務。還應用于古生態、古環境、古地理、古氣候學的研究。
考古孢粉學可以為考古學家對古遺址的研究提供氣候、植被等方面的情況。農業孢粉學用于土壤、養蜂、動物糞便等方面的分析，以解決土壤形成環境，蜜源植物的來源及尋找食草動物、食蟲動物間食物鏈的組成及其相互關系以及蟲媒花的媒介等。醫學孢粉學用來尋找某些致病孢粉及其治療和在法醫學中作為尋找罪犯、判定犯罪現場等的線索，以至作為判罪的重要證據。食物孢粉學是近來才興起的，人們可以通過對孢粉的成分的研究或研究對其有機質壁的破碎方法等，為人類食品提供重要的微量元素及有機化合物的補充等。
花粉有一層由孢粉素組成的外壁，它是一種復雜的碳、氫、氧化合物，它能耐酸、堿，極難氧化，在高溫下也難溶解，因此可以保存成化石。孢粉粒的直徑一般在10～200微米之間，體輕，有些還具有氣囊，可以分布到較大范圍。如松、云杉、椴等花粉均可飄飛1000多公里。這就使得孢粉化石可以在較大范圍內用于地層對比和古植被、古氣候分析判斷等。
不過在孢粉的研究方法中也存在一定的困難，如對現代孢粉研究得不夠(僅約幾萬種，為現代植物20多萬種的1/3至1/4)。化石孢粉的分類則更困難。小而易飄飛，各種植物孢粉產量不一，大小各異、飄飛遠近不同，降落速度也不一樣，對于正確恢復某一特定植物群的面貌有一定困難。