In fisica, in particolare in teoria quantistica dei campi, la matrice S è la somma delle probabilità di transizione (ampiezze di scattering) fra stati quantistici iniziali e finali nei processi di urto tra particelle. Il calcolo si esegue mediante oggetti matematici noti come vettori e matrici in modo tale che, definito uno stato iniziale rappresentato dal vettore e uno finale rappresentato da , la probabilità di transizione da a a b mediante la matrice S, indicata con , si rappresenta con:
A partire dalla probabilità di transizione è possibile calcolare le sezioni d'urto e fornire quindi previsioni che possano essere verificate, essendo la sezione d'urto la quantità direttamente misurabile negli esperimenti.