TL;DR
値を「パターン」と照らし合わせ、一致したかどうかで処理を分けたり、値を構成要素に分解して中身を取り出したりする言語機能。F# の公式ドキュメントでは、パターンを「入力データを変換するための規則」と説明している。
なぜ必要か
判別共用体のように、値がいくつかのケースのどれかになる型では、どのケースかを調べてから中身を取り出す必要がある。Domain Modeling Made Functional では、判別共用体の値を取り出すときや、各ケースの内側に置いた識別子とデータに一度にアクセスするときに、パターンマッチを使っている。
仕組み
F# では、主に match 式で使う。match 式は、各パターンを上から順に入力と照らし合わせ、最初に一致したパターンの右側の式を実行する。一致しなければ、次のパターンを試す。match 式のほかにも、let 束縛、ラムダ式の引数、try...with の例外ハンドラでパターンを使える。
パターンには、リテラルと比べる定数パターン、判別共用体のケースに一致する識別子パターン、値を変数に束縛する変数パターン、タプルやレコード、リストを分解するパターン、どの値にも一致して値を捨てるワイルドカードパターン（_）などがある。ワイルドカードパターンは、ほかのどのパターンにも一致しなかった入力を受けるために、最後に置くことが多い。
例
Domain Modeling Made Functional 第4章 の例では、判別共用体の値をケースごとに分解している。
let printQuantity aOrderQty =
match aOrderQty with
| UnitQuantity uQty -> printfn "%i units" uQty
| KilogramQuantity kgQty -> printfn "%g kg" kgQty注意点
F# では、2 文字以上で大文字から始まる識別子は、まず識別子パターン（判別共用体のケースなど）として照合される。一致する識別子が見つからなければ、変数パターンとして扱われる。また、a : int のような型注釈付きのパターンはコンパイル時に型を指定するだけで、実行時に型を調べるのは :? Button のような型テストパターンである。