Fagocytose (Gr. phagein = eten; kytos = holte, thans: cel) is het fysiologisch proces, waarbij het celmembraan van een eukaryote cel deeltjes organisch materiaal, bijvoorbeeld een (veel kleinere) prokaryote cel, of detritus, omsluit en zo een holte of fagosoom binnen de eukaryote cel vormt. Binnen het fagosoom zitten de omsloten deeltjes veilig opgeslagen, buiten het cytoplasma. Door secretie van proteases, vanuit het cytoplasma naar het fagosoom, kunnen de erin aanwezige eiwitten worden afgebroken. De hierbij gevormde aminozuren kunnen door de eukaryote cel worden hergebruikt. Een fagosoom is ellipsoïdisch van vorm.
Het proces van fagocytose is ontdekt door de Russische microbioloog Eli Metchnikoff, die voor deze ontdekking in 1908 de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde ontving.
Het opnemen van vloeistoffen door de cel wordt pinocytose genoemd. Fagocytose en pinocytose zijn vormen van endocytose.
