Martha Campbell Plimpton (Nueva York; 16 de noviembre de 1970) es una actriz estadounidense.
Es hija de los actores Keith Carradine y Shelley Plimpton, nieta de John Carradine, sobrina de David Carradine y Robert Carradine, prima de Ever Carradine, y Kansas Carradine. Sus padres nunca se casaron y se separaron poco después de nacer ella. Fue criada por su madre en Nueva York, en el Upper West Side. No conoció a su padre hasta que tuvo 4 años así y por eso tomó el apellido de su madre y no el de su extensa familia interpretativa. Fue novia del fallecido actor River Phoenix. Rompieron años antes de su muerte, aunque consiguieron mantener una fuerte amistad hasta la muerte de River en 1993. Después fue pareja de John Patrick Walker.
Comenzó muy jovencita en el drama de Alan J. Pakula, Rollover, haciendo de la hija mayor de un matrimonio adinerado, aquí trabajó con Jane Fonda y Kris Kristofferson. Sin embargo, sorprendió su actuación en el drama de aventuras The River Rat en 1984, donde era una adolescente que conoce a su padre, interpretado por Tommy Lee Jones, un exconvicto recién liberado de prisión.