Toitumisteadus (inglise keeles nutritional science) on teadusharu, mis uurib toitu ja toiduaineid ning nendes sisalduvate looduslike ja sünteetiliste toitainete ning toidulisaainete allikaid ja koguseid. Toitumisteadus uurib toidu ja selles sisalduvate ainete mõju inimorganismile – nii ainete mõju eraldi kui ka vastastikmõju, tasakaalu ning optimaalseid koguseid –, et selgitada välja, kuidas toituda tervislikult ning ennetada ja ravida haigusi. Toitumisteadus uurib ka alatoitumist ja ületoitumist.
Toitumisteadus on tihedalt seotud antropoloogia, bioloogia, biokeemia, anatoomia, farmakoloogia, füüsika, lümfoloogia, keemia, geneetika, rahvatervise, psühholoogia, sotsioloogia, politoloogia, majandusteaduse, meditsiini ja patoloogiaga.