Protonenzerfall ist der hypothetische Zerfall eines freien Protons in andere Teilchen.
Der Protonenzerfall wird von einigen Varianten der Großen Vereinheitlichten Theorie (GUT) der Teilchenphysik vorhergesagt. Dort geht man davon aus, dass ein freies Proton nicht stabil ist, sondern lediglich eine sehr große Halbwertszeit hat. Demgegenüber wird das Proton im Standardmodell als stabil angesehen, da hier die Baryonenzahl eine Erhaltungsgröße ist (von hypothetischen nichtlinearen Feldeffekten abgesehen, siehe Sphaleron). Derzeit existieren keine experimentellen Beobachtungen, die die Hypothese des Protonenzerfalls unterstützen.