Нелинейные искажения (искажения формы выходного сигнала) вызываются нелинейностью характеристик усилительных элементов. Причиной нелинейных искажений является прохождение сигнала через элементы, имеющие нелинейную вольтамперную характеристику, например, лампу, транзистор, трансформатор, в результате чего искажается форма колебаний и изменяется их спектральный состав. Количественно нелинейные искажения гармонического сигнала оцениваются коэффициентом гармоник , который представляет собой отношение действующего значения напряжения (тока, мощности) высших гармоник, появившихся в результате нелинейных искажений, к напряжению (току, мощности) основной частоты (первой гармоники) при подаче на вход гармонического колебания основной частоты (при частотно-независимой нагрузке):
Для n-каскадных УУ (каскады включены последовательно):
.
Нормы на допустимые величины нелинейных искажений определяются назначением усилителя и имеют порядок 0,5-3,0%. Для многокаскадного усилителя:
Кроме в усилителях многоканальной связи нелинейность оценивается затуханием соответствующей гармонической составляющей, (например, второй):
.