埃姆斯实验室（英语：Ames Laboratory），美国能源部下属的国家实验室，位于艾奥瓦州的埃姆斯，附属于爱荷华州立大学。实验室致力于新材料的设计、合成与制备；材料的表征；计算化学；凝聚体物理学理论等方面的研究。实验室位于爱荷华州立大学的校园内。
2013年1月，美国能源部宣布在埃姆斯实验室建立关键材料研究所（Critical Materials Institute，CMI）以解决美国国内日益短缺的稀土金属资源问题，以及发展其他与美国能源安全相关的材料。
1942年，弗兰克·斯佩丁（英语：Frank Spedding）作为爱荷华州立学院（Iowa State College，爱荷华州立大学的前称）的稀土金属专家，主持成立了名为“埃姆斯计划”的科研项目。这个服务于曼哈顿计划的项目旨在为原子弹的研究提供大量高纯度的铀。项目副总监哈雷·A·威尔亨姆（英语：Harley A. Wilhelm）发展了一种新方法（后被称为“埃姆斯过程（英语：ames process）”）提纯铀。借助此提纯方法，埃姆斯计划为芝加哥1号堆提供了约两吨的铀，占反应堆使用铀总量的三分之一。直至1945年，埃姆斯计划总计产出逾两百万磅（1000吨）铀供曼哈顿计划使用。
二战结束后，埃姆斯计划获得了美国海军“E”杰出奖（英语：Army-Navy ‘E’ Award for Excellence）的荣誉，表彰该计划在两年半的时间内，对重要战争物资——金属铀的工业化生产作出的杰出贡献。作为教育机构，爱荷华州立大学获得了这项一般只会颁发给企业的荣誉。埃姆斯计划中的其他关键成果还包括：
由于埃姆斯计划的成功，美国原子能委员会于1947年5月17日正式建立了埃姆斯实验室。
埃姆斯实验室有关稀土元素的工作，让实验室取得了该领域内的一定声望。实验室的科学家也对核燃料以及核反应堆的结构材料进行了研究。为了把科研成果转化为工业上的应用，实验室的大部分设备都被用作大型工业化生产的模型，来进行稀土金属的生产试验与测试。
同时期的其他关键成果：
由于在新材料的探索研究方面的需求，实验室的雇员数量在1960年代达到了顶峰。为了开展中子衍射实验，实验室于1961年开始筹建一个五兆瓦的重水反应堆，并于1966年6月开始运行。美国原子能委员会在埃姆斯实验室建立了一个稀土信息中心（Rare-Earth Information Center），为科研团体提供有关稀土金属与其化合物的各种信息。
同时期的其他关键成果：
由于美国原子能委员会在1970年代被并入美国能源部，有一些研究项目被关闭，又有一些新的研究项目被开启。美国联邦政府重整合并了一些反应堆，导致埃姆斯实验室的反应堆于1977年被关闭。埃姆斯实验室开始着重于应用数学，太阳能，化石燃料与污染控制的研究。
同时期的其他关键成果：
在1980年代，埃姆斯实验室以满足当地和国内的能源需求为目标开展了各项研究。化石燃料研究着眼于如何更为清洁地燃煤；新技术被用于清理放射性废料；高性能计算被加入到应用数学和固体物理学的研究项目中。此外，美国能源部在埃姆斯实验室建立了材料制备中心（Materials Preparation Center） ，向公众提供新材料发展的相关信息。
同时期的其他关键成果：
在新材料的开发研究中，埃姆斯实验室延续着自己将基础科研成果转化为工业应用的努力。实验室建立了可扩展计算实验室，不但发展了并行计算，也为其他的科学家提供了廉价的计算资源。另外，研究者发现了第一个由非碳原子组成的富勒烯；发展了一种DNA序列分析仪（英语：DNA sequencer），比其他的同类仪器快24倍。
同时期的其他关键成果：
