In teoria del caos l'enfasi è posta sulla forte dipendenza del sistema dalle condizioni iniziali, nel senso che a variazioni infinitesime di queste possono aver luogo variazioni finite della traiettoria nello spazio delle fasi. Si parla allora di "caos deterministico", per sottolineare come l'evoluzione di un sistema possa farsi imprevedibile anche a partire da leggi di base ordinate o addirittura deterministiche.

"Che cos'è l'idea di caos? Si è dimenticato come fosse un'idea genetica. In essa si vede soltanto distruzione o disorganizzazione. L'idea di caos è invece un'idea energetica; essa si accompagna al ribollire, al fiammeggiare, alla turbolenza. Il caos è un'idea preeseistente alla distinzione, alla separazione, all'opposizione, un' idea dunque di indistinzione, di confusione fra potenza distruttrice e potenza creatrice, fra ordine e disordine, fra disintegrazione e organizzazione, fra Hybris e Dike."

Edgar Morin "Il metodo" (1977), Feltrinelli, Milano, 1983 pag.73

"Non si deve mai dimenticare che tutti i fenomeni di organizzazione, dai quali dipende l'ordine del mondo - atomi, molecole, astri - sono minoritari, marginali, locali, temporanei, improbabili, devianti. Sono piccoli grumi, perentesi, arcipelaghi nell'immenso oceano probabilistico del disordine."

Edgar Morin "Il metodo" (1977), Feltrinelli, Milano, 1983 pag.80

La teoria del caos è lo studio attraverso modelli della fisica matematica dei sistemi fisici che esibiscono una sensibilità esponenziale rispetto alle condizioni iniziali. I sistemi di questo tipo sono governati da leggi deterministiche, eppure sono in grado di esibire una empirica casualità nell'evoluzione delle variabili dinamiche. Questa comportamento casuale è solo apparente dato che si manifesta nel momento in cui si confronta l'andamento temporale asintotico di due sistemi con configurazioni iniziali arbitrariamente simili tra loro.
Un sistema dinamico si dice caotico se presenta le seguenti caratteristiche:

• Sensibilità alle condizioni iniziali, ovvero a variazioni infinitesime delle condizioni al contorno (o, genericamente, degli ingressi) corrispondono variazioni finite in uscita.
• Imprevedibilità, cioè non si può prevedere in anticipo l'andamento del sistema su tempi lunghi rapportati al tempo caratteristico del sistema a partire da assegnate condizioni al contorno.
• L' evoluzione del sistema è descritta, nello spazio delle fasi, da innumerevoli orbite ('traiettorie di stato'), diverse tra loro con evidente componente stocastica agli occhi di un osservatore esterno, e che restano tutte confinate entro un certo spazio definito: il sistema cioè non evolve verso l'infinito per nessuna variabile.