各向异性介质（anisotropic medium）是物理性质具有方向特性的介质。各向异性意味着不同方向的不同性质。这种介质的物理或机械性能（吸光度，折射率，电导率，拉伸强度等）沿着不同的轴测量时产生差异。各向异性的一个例子是通过偏振器的光，还有例如木材，一个方向比另一方向更容易被折断。

一般来说，页岩以及其他层理、片理发育的岩石均可视为各向异性介质。构造裂缝有时也可以造成宏观上的各向异性。介质的方向特性还同观测尺度有关，例如一个地层组可能表现为各向异性，而单个层的岩样可能是各向同性的。

在计算机图形学领域，各向异性表面随着其几何法线旋转而改变外观。

各向异性过滤（AF）是提高相对于观察点远离并且陡峭成角度的表面上的纹理的图像质量的方法。 较老的技术，例如双线性和三线性滤波，不考虑从表面观察的角度，这可能导致纹理的混叠或模糊。 通过减少一个方向的细节，可以减弱这些效果。

用于过滤颗粒的化学各向异性过滤器是过滤器在过滤方向上具有越来越小的间隙的过滤器，使得近端区域过滤出更大的颗粒并且远端区域越来越多地去除较小的颗粒，导致更大的流通和更有效率过滤。

在NMR光谱学中，核相对于施加的磁场的取向决定了它们的化学位移。在这种情况下，各向异性系统是指具有异常高电子密度的分子的电子分布，如苯的π系统。这种异常的电子密度影响施加的磁场，并导致观察到的化学位移发生变化。

在荧光光谱学中，使用由平面偏振光激发的样品的荧光的偏振特性计算的荧光各向异性，例如用于确定大分子的形状。各向异性测量显示在光子的吸收和随后的发射之间发生的荧光团的平均角位移。

加州大学伯克利分校的物理学家在1977年报道了他们在宇宙微波背景辐射中的余弦各向异性的检测。他们的实验证明了由地球运动引起的多普勒位移相对于早期的宇宙物质辐射源。 在星系的旋转轴线和类星体的偏振角的对齐中也看到了宇宙各向异性。

物理学家使用术语各向异性来描述材料的方向依赖性质。例如，可能在等离子体中发生磁各向异性，使得其磁场沿优选的方向取向。等离子体也可能显示出“定向”（例如在闪电或等离子体地球中看到的“光纤”）。

各向异性液体具有正常液体的流动性，但是与水或氯仿不同，其分子轴线具有相对于彼此的平均结构顺序，其不包含分子的结构排序。液晶是各向异性液体的例子。

一些材料以各向同性的方式传导热量，这与热源周围的空间取向无关。热传导通常是各向异性的，这意味着需要对热管理的典型不同材料进行详细的几何建模。用于在电子设备中传递和排出热源的材料通常是各向异性的。

许多晶体对于光是各向异性的（“光学各向异性”），并表现出双折射性质。水晶光学描述了这些介质中的光传播。 “各向异性轴”被定义为各向同性断裂的轴（或对称轴，例如与结晶层正交）。一些材料可以具有多个这样的光轴。