Wielowartościowość (z łac. multum – wiele i valens – siła) to właściwość niektórych substancji, cząsteczek lub cząstek, polegająca na wykazywaniu kilku wartościowości, tj. zdolność do przyłączania kilku innych atomów lub grup atomów.
Wielowartościowość przejawia się w wielu pierwiastkach chemicznych i ich związkach. Na przykład węgiel może tworzyć związki dwu-, trój- i czterowartościowe w zależności od liczby przyłączonych atomów (CO2, CH3OH, CH4 itp.).
Termin „wielowartościowość” jest również stosowany w immunologii do opisania zdolności niektórych przeciwciał lub antygenów do wzajemnego oddziaływania z kilkoma epitopami jednocześnie. Zwiększa to siłę odpowiedzi immunologicznej.
Substancje i cząstki wielowartościowe są szeroko stosowane w różnych dziedzinach nauki i technologii ze względu na swoje unikalne właściwości.