Das Sputtern (von englisch to sputter = zerstäuben), auch Kathodenzerstäubung genannt, ist ein physikalischer Vorgang, bei dem Atome aus einem Festkörper (Target) durch Beschuss mit energiereichen Ionen (vorwiegend Edelgasionen) herausgelöst werden und in die Gasphase übergehen.
Angewendet wird dieser Effekt beispielsweise in der Oberflächenphysik zur Präparation hochreiner Oberflächen, zur Analyse der chemischen Zusammensetzung von Oberflächen, z. B. Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS), zur Sekundär-Neutralteilchen-Massenspektrometrie (SNMS) oder als Sputter-Ionenquelle für Teilchenbeschleuniger. Große technische Bedeutung hat das Verfahren als Teilschritt bei der Sputterdeposition, einer zur Gruppe der PVD-Verfahren gehörenden feinvakuumbasierten Beschichtungstechnik. Hier dient es zum Zerstäuben eines Materials, das sich anschließend auf einem Substrat niederschlägt und eine feste Schicht bildet. Im Bereich der Beschichtungstechnik wird die Sputterdeposition häufig nur als „Sputtern“ bezeichnet.
In Elektronenröhren und Gasentladungsröhren wie Glimmlampen und Nixie-Röhren gehört Sputtern zu den unerwünschten, die Lebensdauer begrenzenden Effekten. Das Auftreffen von Ionen auf die Elektroden zieht diese in Mitleidenschaft. Zudem schlägt sich das abgetragene Elektrodenmaterial an der Innenseite des Glaskolbens nieder und vermindert dessen Transparenz.
Pioniere in der Untersuchung des Phänomens waren Gottfried K. Wehner in den USA und Wera Jewgenjewna Jurassowa in der UdSSR.