主题模型（topic model）是以非监督学习的方式对文集的隐含语义结构（latent semantic structure）进行聚类（clustering）的统计模型。

对主题模型的研究最早来自1998年Christos H. Papadimitriou、Prabhakar Raghavan、Hisao Tamaki和Santosh Vempala提出的潜在语义索引（Latent Semantic Indexing, LSI）。1999年，Thomas Hofmann提出了概率性潜在语义索引（Probabilistic LST, PLST）。

2003年，David M.Blei、Andrew Ng和Jordan I. Michael提出了隐含狄利克雷分布（Latent Dirichlet Allocation, LDA）。LDA得到了广泛使用，并衍生出了很多改进版本，例如在2006年由Wei Li和Andrew McCallum提出的弹珠机分布模型（pachinko allocation model）。

在主题模型中，主题（topic）是以文本中所有字符为支撑集的概率分布，表示该字符在该主题中出现的频繁程度，即与该主题关联性高的字符有更大概率出现。在文本拥有多个主题时，每个主题的概率分布都包括所有字符，但一个字符在不同主题的概率分布中的取值是不同的。一个主题模型试图用数学框架来体现文档的这种特点。主题模型自动分析每个文档，统计文档内的词语，根据统计的信息来断定当前文档含有哪些主题，以及每个主题所占的比例各为多少。

举例而言，在“狗”主题中，与该主题有关的字符，例如“狗”、“骨头”等词会频繁出现；在“猫”主题中，“猫”、“鱼”等词会频繁出现。若主题模型在分析一篇文章后得到10%的“猫”主题和“90%”的狗主题，那意味着字符“狗”和“骨头”的出现频率大约是字符“猫”和“鱼”的9倍。

在自然语言处理中，主题模型被用于对文本的表征（representation）进行降维（dimensionality reduction）、按主题对文本进行聚类、以及根据用户偏好形成文本推荐系统。