地震波トモグラフィー（じしんは―）とは、地震波の伝播時間を用いて地球内部の3次元速度構造を求める手法のことである。それによって得られた画像を指す場合もある。生体内や物質を非破壊的に観察するためにコンピュータ断層撮影や核磁気共鳴、ガンマー線を用いるように地球内部を地震波を用いて観察する。医学のエックス線CT等と原理としてはと同じであるが、それらが物質の密度の分布を画像化するのに対し、地震波トモグラフィーでは内部を通る地震波の速度の分布を画像化する。
具体的には、ある地点で地震が発生したとした場合、震源については、地球上に設置された各地震計が測定したデータを解析することによって震源域がある程度の精度（地震の規模によって、震源域が拡がるため）で同定される。この地震波をコンピュータを用いて解析することによって、地球の断層写真を構成する技術のことである。現在のところ、地球内部を数十キロメートルから数百キロメートル（300km）の格子で撮影したのと同じ程度の精度である。
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地震波の伝わる速度は、地球内部の温度差や物質の成分の違いによって変化する。P波の伝わる速度が1％違えば、約100度の温度差があると考えられ、P波の伝わるのが遅い部分は高温で、早い部分は低温であると考えられ、それらを画像化することによって地球内部の構造を明らかにしようと試みられている。