Nathalie Deruelle est une physicienne française, directrice de recherche au CNRS, membre du laboratoire astro-particules et cosmologie de Paris Diderot et affiliée à l'institut Yukawa de Kyoto.
Son principal axe de recherche est la théorie de la relativité générale qu'elle a enseigné à l'Ecole Polytechnique et à l'Ecole Normale Supérieure de Paris. Ses travaux portent sur les ondes gravitationnelles et la cosmologie. Elle a notamment étudié, avec le cosmologiste Thibault Damour, la propagation de la force gravitationnelle dans des systèmes binaires composés d'un pulsar et d'une étoile à neutrons. Elle fut le Directeur de Thèse des astrophysiciens David Langlois, Jean-Philippe Uzan et Alain Riazuelo.