میلی‌ثانیه (به انگلیسی: millisecond) واحدی از زمان و برابر با یک‌هزارم ثانیه است. میلی‌ثانیه از دو کلمهٔ میلی به معنی هزار و ثانیه یا یک‌شصتم دقیقه تشکیل شده‌است و آن را با ms نشان می‌دهند. هر ۱۰ میلی‌ثانیه برابر با یک‌صدم ثانیه یا ۱ سانتی‌ثانیه است.
هر روز از ۸۶۴۰۰۰۰۰ (هشتاد و شش میلیون و چهارصدهزار) میلی‌ثانیه تشکیل شده‌است.
اندازه‌ها برحسب میلی‌ثانیه
در اینجا فهرستی از اعمال طبیعی و برخی موارد علمی برحسب میلی‌ثانیه موجود است. برای راحتی در مقایسه‌ها، موارد این فهرست به ترتیب از ۱ میلی‌ثانیه شروع شده و با ۱ ثانیه پایان می‌یابد.
۱ میلی‌ثانیه - زمان تناوب فرکانس ۱ کیلوهرتز؛ موجی از صوت در ۱ میلی‌ثانیه، ۳۴ متر را می‌پیماید.
۱٫۰۰۰۶۹۲۲۸۶ میلی‌ثانیه - زمانی که لازم است تا نور ۳۰۰ کیلومتر در خلا حرکت کند.
۲٫۲۷ میلی‌ثانیه - زمان تناوب فرکانس ۴۴۰ هرتز. این عدد فرکانس نت لا بعد از دوی وسط پیانو است.
۳ میلی‌ثانیه - مدت زمانی که طول می‌کشد تا مگس یک بار بال بزند.
۳٫۳ میلی‌ثانیه - تاخیر بین شروع تا انفجار ماده منفجره سی۴
۲۰ میلی‌ثانیه - زمان تناوب شبکهٔ اصلی جریان متناوب ۵۰ هرتزی در اروپا
۳۳٫۳ میلی‌ثانیه - مقدار زمانی که یک فریم در ویدئویی با ۳۰ فریم در ثانیه نمایش داده می‌شود(ویدئو در آمریکا و ژاپن).
۴۰ میلی‌ثانیه - مقدار زمانی که یک فریم در ویدئویی با ۲۵ فریم در ثانیه نمایش داده می‌شود(ویدئو در ایران، اروپا و اکثر بخشهای آسیا).
۴۱٫۷۰۸ میلی‌ثانیه - مقدار زمانی که یک فریم در ویدئویی با ۲۴ فریم در ثانیه نمایش داده می‌شود. (در واقع در اکثر فیلم‌های سینمایی ۲۳٫۹۷۶ فریم در ثانیه نمایش می‌یابد)
۵۰ میلی‌ثانیه - زمان تناوب فرکانس ۲۰ هرتز؛ کمترین فرکانس قابل شنیدن برای انسان
