Nadtlenki – grupa związków chemicznych posiadających w swojej budowie tzw. układ nadtlenkowy —O—O—. Mogą być to zarówno związki nieorganiczne (np. nadtlenek wodoru, nadtlenek sodu), jak i organiczne (np. nadtlenek benzoilu).
Nadtlenki często mają właściwości wybuchowe. Niektóre nadtlenki organiczne są inicjatorami polimeryzacji rodnikowej.