En harmonie tonale, une modulation désigne un changement de tonalité, sans interruption du discours musical. Celle-ci peut s'accompagner d'un ou de plusieurs changements de mode, mais pas obligatoirement. Elle peut ainsi désigner :
un changement de tonique,
un changement de mode et de tonique,
le fragment musical qui évolue dans la nouvelle tonalité.
C'est une des caractéristiques de la musique tonale que de pouvoir traverser successivement des tonalités différentes au cours d'un même morceau.
Pour qu'il y ait véritablement modulation, il faut qu'il y ait au moins deux accords appartenant à la nouvelle tonalité : un accord de dominante suivi d'un accord de tonique, autrement dit, une cadence parfaite dans la nouvelle tonalité. S'il n'y a qu'un accord étranger à la tonalité initiale, il n'y a pas modulation, mais un simple emprunt.
Les problèmes posés par la modulation sont un peu analogues à ceux posés par la transposition et sont fortement affectés par le type de gamme utilisée.
La modulation est une pratique relativement récente car les compositeurs du l’évitaient avec soin. C'est que l'accord des instruments de l'époque — notamment l'inégalité des intervalles entre les 12 demi-tons de l'octave — ne permettait pas de jouer dans les douze tonalités de manière satisfaisante — plus on s'éloignait de la gamme de départ, plus les autres gammes « sonnaient faux ». À partir du , avec l'invention du tempérament égal, la modulation est devenue une pratique courante, propre à augmenter l’attrait de la musique. C'est ainsi que la science de la modulation bien menée distingue les plus grands compositeurs.
Lorsqu'on module, il peut arriver que l'on reste un certain temps dans la nouvelle tonalité avant de retourner dans la tonalité primitive, ou encore, avant d'aller dans une troisième tonalité — c'est-à-dire, avant de moduler à nouveau. Si l'on ne fait entendre qu'une simple cadence parfaite, et que l'on quitte aussitôt la nouvelle tonalité, on parle alors de modulation passagère.