Sistem pemilu atau sistem pemungutan suara adalah seperangkat aturan yang menentukan bagaimana pemilu dan referendum dilaksanakan dan bagaimana hasilnya ditentukan.[1] Sistem pemilu digunakan dalam politik untuk memilih pemerintah, sedangkan pemilu non-politik dapat dilakukan di dunia bisnis, organisasi nirlaba, dan organisasi informal. Aturan-aturan ini mengatur seluruh aspek proses pemungutan suara: kapan pemilu dilaksanakan, siapa yang diperbolehkan memilih, siapa yang dapat mencalonkan diri sebagai kandidat, bagaimana surat suara ditandai dan diberikan, bagaimana surat suara dihitung, bagaimana suara diterjemahkan ke dalam hasil pemilu, batasan-batasan belanja kampanye, dan faktor-faktor lain yang dapat mempengaruhi hasilnya. Sistem pemilu politik ditentukan oleh konstitusi dan undang-undang pemilu, biasanya dilaksanakan oleh komisi pemilu, dan dapat menggunakan berbagai jenis pemilu untuk berbagai jabatan.[2][3]
Studi tentang metode pemilu yang didefinisikan secara formal disebut teori pilihan sosial atau teori pemungutan suara, dan studi ini dapat dilakukan dalam bidang ilmu politik, ekonomi, atau matematika, dan khususnya dalam subbidang teori permainan dan desain mekanisme.[7][8] Bukti ketidakmungkinan seperti teorema ketidakmungkinan Arrow menunjukkan bahwa ketika pemilih mempunyai tiga alternatif atau lebih, tidak ada sistem pemungutan suara preferensial yang dapat menjamin persaingan antara dua kandidat tetap tidak terpengaruh ketika kandidat yang tidak relevan berpartisipasi atau keluar dari pemilu.[9]