L'harmonie vocalique est une modification phonétique concernant les voyelles d'un même mot ou syntagme ; il s'agit d'un type d'assimilation à distance (ou dilation) des timbres vocaliques entre eux : les syllabes d'une même unité (comme le mot ou le syntagme) doivent toutes présenter à la suite des voyelles « compatibles » et appartiennent donc à la même « classe » que celle de la voyelle précédente, la classe variant selon les langues.
Au contraire des dilations sporadiques étudiées dans le cadre de la phonétique historique, l'harmonie vocalique est un phénomène phonologique vivant qui s'applique automatiquement dans les langues concernées, selon des règles déterminées. Si à un radical donné (au sein duquel les voyelles sont toutes de la même classe) l'on ajoute des morphèmes (comme des affixes), les voyelles des morphèmes en question doivent s'adapter ; ainsi, les affixes d'une langue agglutinante à harmonie vocalique n'ont pas de forme canonique, puisqu'en l'absence de radical, il n'est pas toujours possible de préciser le timbre de leurs voyelles. En d'autres termes, les morphèmes grammaticaux d'une langue à harmonie vocalique n'ont que des allomorphes.
Dans la majorité des cas, la classe à laquelle doivent appartenir les voyelles d'un même mot ou d'un même syntagme concerne une opposition d'arrondissement ou de forme du résonateur buccal. Dans le premier cas, toutes les voyelles de cette unité doivent être arrondies ou bien non arrondies, par exemple. Dans le deuxième antérieures ou postérieures, les deux mécanismes pouvant se mêler. D'autres types d'oppositions concernent aussi la position avancée ou rétractée de la racine de la langue. Dans certaines langues, il existe des mécanismes doubles d'harmonie et de disharmonie, une inversion de l'harmonie régulière dans certaines conditions. Le yucatèque et l'aïnou en font partie.
Les principales langues connaissant l'harmonie vocalique sont les langues agglutinantes de l'hypothétique « super-famille » ouralo-altaïque :
des langues turques comme le turc, le kazakh, etc.