利奥·詹姆斯·雷恩沃特（Leo James Rainwater，1917年12月9日-1986年5月31日）是美国物理学家，因在原子核结构方面的研究获得1975年诺贝尔物理学奖。他与奥格·尼尔斯·玻尔、本·罗伊·莫特森共同获奖，获奖原因是发现原子核中集体运动和粒子运动之间的联系，并据此发展原子核结构理论。

利奥·詹姆斯·雷恩沃特因在原子核结构理论上的突破性研究，与奥格·尼尔斯·玻尔、本·罗伊·莫特森共同获得1975年诺贝尔物理学奖。他们的研究揭示了原子核中集体运动（如振动和旋转）与单个粒子运动之间的相互作用，这一发现突破了当时占主导地位的“液滴模型”核理论，为后续原子核结构研究奠定了基础。