Demielinizacja – proces patologiczny układu nerwowego polegający na rozpadzie osłonek mielinowych w ośrodkowym lub obwodowym układzie nerwowym.
Większość włókien nerwowych (aksonów) otoczonych jest osłonką mielinową, w skład której wchodzi mielina. Za wytwarzanie mieliny w ośrodkowym układzie nerwowym odpowiadają oligodendrocyty, zaś w obwodowym układzie nerwowym komórki Schwanna.