Empiirinen tutkimus (kreik. empeiria) eli kokemusperäinen tutkimus perustuu tutkimuskohteen havainnointiin tai mittaamiseen. Se eroaa siis teoreettisesta tutkimuksesta, jossa tutkimuksen kohteeseen perehdytään ajatusrakennelmien ja niiden tarkastelun avulla. Useimmiten käytännön tutkimuksessa yhdistetään kumpaakin: käytännön esimerkit sitovat teoreettisen tarkastelun todellisuuteen ja aiheen teoreettinen tarkastelu puolestaan vahvistaa empiirisen aineiston käyttökelpoisuutta.
Tieteenalojen suuri enemmistö pyrkii pohjaamaan empiiriseen tutkimukseen. Muun muassa matematiikka, teoreettinen fysiikka sekä filosofian jotkin osa-alueet rakentuvat teoreettisen tutkimuksen varaan.
Tutkimuksen empiria voi syntyä monella tavalla. Usein toisistaan erotellaan laadullinen ja määrällinen tutkimus. Erilaiset empiiriset tutkimukset poikkeavat toisistaan myös sen mukaan, kuinka tarkasti tutkimuskohteeseen vaikuttavia tekijöitä yritetään kontrolloida mm. erilaisilla koejärjestelyillä. Empiirinen tutkimus kohdistuu sekä toistettaviin että ainutkertaisiin tapahtumiin; edellisiä tutkitaan usein luonnontieteessä, jälkimmäisiä käyttäytymistieteissä.