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Para otros usos del término caos, véase Caos (desambiguación).
La teoría del caos es la rama de las matemáticas, la física y otras ciencias (biología, meteorología, economía, entre otras) que trata ciertos tipos de sistemas complejos y sistemas dinámicos no lineales muy sensibles a las variaciones en las condiciones iniciales. Pequeñas variaciones en dichas condiciones iniciales pueden implicar grandes diferencias en el comportamiento futuro, imposibilitando la predicción a corto plazo. Esto sucede aunque estos sistemas son en rigor deterministas, es decir; su comportamiento puede ser completamente determinado conociendo sus condiciones iniciales.
Esta teoría declara que existen cierto tipo de sistemas cuyo comportamiento es prácticamente imposible de predecir, pues este es dependiente de diversas variables como pueden serlo el tiempo, en sistemas dinámicos, e interacciones, por los sistemas complejos. Como ejemplo, si dejamos que una hoja viaje con el viento, será imposible para nosotros conocer dónde se encontrará esta hoja tras el paso de unas simples horas, aún más lo será si tratamos de predecir dónde estará la hoja tras el paso de varios meses.