Mittelineaarne ahel ehk mittelineaarahel on selline vooluahel, kus juhtivus või takistus on sõltuvuses ahela pingest või voolutugevusest. Näiteks võib tuua pooljuhtdioodi, millele rakenduvat pinge tõstes hakkab voolutugevus eksponentsiaalselt kasvama.
Elektriahelat, milles on kasvõi üks mittelineaarne element, on üldjuhul mittelineaarne. Kuna mittelineaarelemendi takistus pole konstantne, siis ei saa niisugust elementi sisaldavat ahelat arvutada Ohmi seaduse järgi. Kui elemendi (või elementide) pinge-voolu tunnusjoon(ed) on teada, võib kasutada näiteks graafilist meetodit.