孢粉学是研究植物的孢子、花粉(简称孢粉)的形态、分类及其在各个领域中应用的一门科学。孢粉学可以分为两个领域，现代孢粉学及古孢粉学。英国加的夫大学的海德和威廉斯于1945年最先创用孢粉学一词。
孢粉学研究的基础部分为植物学的一部分，主要为孢粉的形态、分类及生理、生化等方面。其应用部分则各有侧重，古孢粉学或称地质孢粉学主要为地层对比、寻找有关矿产，尤其是煤和石油以及其他陆相沉积矿产服务。还应用于古生态、古环境、古地理、古气候学的研究。
考古孢粉学可以为考古学家对古遗址的研究提供气候、植被等方面的情况。农业孢粉学用于土壤、养蜂、动物粪便等方面的分析，以解决土壤形成环境，蜜源植物的来源及寻找食草动物、食虫动物间食物链的组成及其相互关系以及虫媒花的媒介等。医学孢粉学用来寻找某些致病孢粉及其治疗和在法医学中作为寻找罪犯、判定犯罪现场等的线索，以至作为判罪的重要证据。食物孢粉学是近来才兴起的，人们可以通过对孢粉的成分的研究或研究对其有机质壁的破碎方法等，为人类食品提供重要的微量元素及有机化合物的补充等。
花粉有一层由孢粉素组成的外壁，它是一种复杂的碳、氢、氧化合物，它能耐酸、碱，极难氧化，在高温下也难溶解，因此可以保存成化石。孢粉粒的直径一般在10～200微米之间，体轻，有些还具有气囊，可以分布到较大范围。如松、云杉、椴等花粉均可飘飞1000多公里。这就使得孢粉化石可以在较大范围内用于地层对比和古植被、古气候分析判断等。
不过在孢粉的研究方法中也存在一定的困难，如对现代孢粉研究得不够(仅约几万种，为现代植物20多万种的1/3至1/4)。化石孢粉的分类则更困难。小而易飘飞，各种植物孢粉产量不一，大小各异、飘飞远近不同，降落速度也不一样，对于正确恢复某一特定植物群的面貌有一定困难。