電磁気学における電磁ポテンシャルには任意関数分の不定性があり、この不定性を取り直す変換をゲージ変換と呼ぶ。電磁気学は U (1) ゲージ理論で記述されるので、この不定性すなわちゲージ自由度はスカラー関数値をとるが、SU (2) や SU (3) などの非可換ゲージ理論では、各ゲージ群の要素となるような関数自由度によってゲージ変換が表現される。また、相対論的宇宙論における一様等方時空の周りの摂動論では、摂動変数は背景となる一様等方時空の取り方の自由度だけ不定性を持つ。この背景時空の取り方の変更もゲージ変換と呼ばれる。ゲージ変換によって不変な量をゲージ不変量という。電場や磁場のような物理量はゲージ不変量である。