Se dit d'un rythme> obtenu en divisant le temps en un nombre de subdivisions différent du nombre permis par l'indication de mesure. En d'autres termes, un rythme irrationnel fait référence à l'utilisation de divisions du temps qui ne sont pas basées sur les subdivisions binaires ou ternaires traditionnelles que l'on trouve couramment dans la musique occidentale. Ces rythmes sont fréquemment caractérisés par des valeurs de notes qui ne correspondent pas aux divisions simples de la mesure, comme les doubles ou triples croches, mais plutôt à des subdivisions plus complexes ou "irrégulières".
Le plus connu d'entre eux est le « trois pour deux », indiquant que l'on doit jouer trois notes de même valeur dans le temps de deux (exemple : un triolet de noire dans une mesure en 2/4). Des exemples bien plus difficiles existent, comme le quintuplet qui équivaut à cinq notes jouées dans le temps normalement occupé par quatre notes (par exemple, quatre doubles-croches), un quartolet de croches dans une mesure en 3/8 ou encore un septuplets avec sept notes jouées dans le temps normalement occupé par quatre ou huit notes.
Par ailleurs, un rythme irrationnel peut se développer en une combinaisons de différentes subdivisions rythmiques qui créent des motifs complexes, comme le 5/8 (2+3) ou le 7/8 (3+4). De même, la polyrythmie exploite ses particularités en jouant sur l'indépendance, tel un triolet de noire joué d'une main et s'opposant à deux noires à la main opposée, dans une mesure à deux temps.
Certaines musiques traditionnelles, notamment celles d'Europe de l'Est, d'Afrique et d'Inde, utilisent naturellement les rythmes irrationnels. La musique classique s'y est engagée à travers des compositeurs comme Igor Stravinsky, Béla Bartók et Olivier Messiaen pour créer des textures musicales complexes. On retrouve aussi cette approche rythmique dans le jazz moderne et le rock progressif. Cette exploitation de ces cellules rythmiques ajoute de l'originalité aux compositions en produisant des paysages sonores atypiques.