Grenselag er ifysikk ogkjemi et tynt lag som enten avgrenser et stoff eller atskiller to stoffer, og som er karakterisert ved egenskaper som er forskjellig fra egenskapene i stoffenes indre.

Et fast legeme har alltid et grenselag,overflatelaget, hvor atomstrukturen og dermed de mekaniske egenskapene er annerledes enn inne i stoffet. Tynnefolier viser derfor en annen fasthet og andre elastiske egenskaper enn tykke plater, siden folienes overflate er relativt større. Ofte har overflatelaget også en annen kjemisk sammensetning enn stoffet for øvrig fordi det reagerer med stoffer i omgivelsene.

Grenselaget kan studeresoptisk ved måling avrefleksjon,absorpsjon ogpolarisasjon av reflektert lys. Det kan undersøkes ved hjelp avelektronmikroskop,overflatediffraksjon og overflatesensitivspektroskopi. Gjennom slike studier kan selve atomarrangementet for en overflate fastlegges.

De kjemiske egenskapene til grenselag er viktig for for eksempelkatalyse.