Diffuus axonaal letsel (vaak afgekort tot DAI) is een van de meest voorkomende vormen van traumatisch hersenletsel. Bij traumatisch hersenletsel is de schade geconcentreerd in één gebied van de hersenen, bij diffuus axonaal letsel treedt de schade op over een groter gebied van de hersenen. DAI beschadigt vooral de witte stof, waardoor het een van de belangrijkste oorzaken is van bewusteloosheid en persisterende vegetatieve toestand na een hoofdtrauma. Het komt voor in ongeveer de helft van alle gevallen van ernstig hoofdtrauma.

Vaak raken mensen met dergelijke schade in een coma; meer dan 90 procent van de patiënten met ernstige DAI komt nooit meer bij bewustzijn. Degenen die wel bij bewustzijn komen, blijven vaak ernstig gehandicapt.

Andere auteurs stellen dat DAI in elke graad van ernst kan voorkomen, van (zeer) mild of matig tot (zeer) ernstig. Hersenschudding kan een milder type van diffuus axonaal letsel zijn.