Μοντέλο μετάλλων ελεύθερου ηλεκτρονίου, στη φυσική στερεάς κατάστασης, αναπαράσταση ενός μεταλλικού στερεού ως περιέκτη γεμάτο με αέριο αποτελούμενο από ελεύθερα ηλεκτρόνια (δηλαδή, εκείνα που είναι υπεύθυνα για υψηλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα). Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, που θεωρούνται πανομοιότυπα με τα εξώτατα, ή σθένη, ηλεκτρόνια από ελεύθερα μεταλλικά άτομα, θεωρείται ότι κινούνται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο σε ολόκληρο τον κρύσταλλο.
Το μοντέλο ελεύθερου ηλεκτρονίου προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Ολλανδό φυσικό Hendrik A. Lorentz λίγο μετά το 1900 και βελτιώθηκε το 1928 από τον Άρνολντ Σόμερφελντ της Γερμανίας. Ο Sommerfeld εισήγαγε κβαντομηχανικές έννοιες, ιδίως την αρχή αποκλεισμού Pauli. Αν και το μοντέλο παρείχε ικανοποιητική εξήγηση για ορισμένες ιδιότητες (π.χ. αγωγιμότητα και ειδική ηλεκτρονική θερμότητα) απλών μετάλλων όπως το νάτριο, είχε κάποιες σοβαρές ελλείψεις. Για παράδειγμα, δεν έλαβε υπόψη την αλληλεπίδραση ελεύθερων ηλεκτρονίων με τα μεταλλικά ιόντα. Οι ερευνητές σύντομα αναγνώρισαν ότι απαιτείται ένα ευρύτερο σύστημα για να εξηγήσουν τη συμπεριφορά των πολύπλοκων μετάλλων και των ημιαγωγών. Στα μέσα της δεκαετίας του 1930, το μοντέλο ελεύθερου ηλεκτρονίου αντικαταστάθηκε σε μεγάλο βαθμό από τη θεωρία των στερεών της ζώνης.
