混沌理論在20世紀60年代產生於數學與物理學領域，它與相對論、量子力學一起被譽為20世紀三大科學革命。 愛因斯坦的相對論打破了牛頓的絕對時空觀；量子力學的創立，揭示了微觀粒子運動的隨機和不確定性；而決定論框架中的隨機性研究引出了混沌動力學的發展。 混沌是系統，尤其是非線性系統表現出的一種非常複雜的、無法根據給定的初始條件確定系統將來狀態的類似隨機的行為，混沌並不意味著無序，混沌中蘊含著有序，有序的過程中也可能出現混沌，可見，混沌隱含著這樣一個悖論，即這是一個區域性的隨機與整體模式中的穩定。混沌理論研究的關鍵就是要發現隱藏在不可預測的無序現象裡的內部有序結構，使學者們有可能進一步探索用現有正規化所不能描述、解釋或預測的現象。 以混沌為基本觀點的系統科學，提倡橫向的跨學科研究，探索遠離平衡態的、非線性的、不可逆的、自組織的客觀過程，創造處理複雜性、不確定性、演化特性的新方法。大多數學者一致認為，混沌理論有以下3個關鍵的概念： （1）對初始條件的敏感性。這一特徵也常被稱作“蝴蝶效應(Butterfly Effect)”。它表明，混沌系統對其初始條件異常敏感，以至於最初狀態的輕微變化能導致不成比例的巨大後果。依據混沌理論，一個小誤差或差異是系統向著理想狀態轉化的基本因素，此特徵直接與不確定性及不可預測性相關。因為初始條件是不穩定的，不為人知的，故我們不能預測這一不成比例的過程將產生什麼效果。同樣，對初始條件的敏感依賴性也包含著非線性特徵，即系統某一部分中的微小混亂所產生的後果，能導致系統其它部分的巨大變化，故沒有任何兩種結果是相似的。 （2）分形(Fractals)。分形是著名數學家Mandelbrot創立的分形幾何理論的重要概念，意為系統在不同標度下具有自相似性質。而自相似性則是跨尺度的對稱性，它意味著遞迴，即在一個模式內部還有一個模式。由於系統特徵具有跨標度的重複性，所以可產生出具有結構和規則的隱蔽的有序模式。由此，分形具有兩個普通特徵：第一，它們自始至終都是不規則的；第二，在不同的尺度上，不規則程度卻是一個常量。 （3）奇異吸引子（Strange attractors）。吸引子是系統被吸引並最終固定於某一狀態的性態。有3種不同的吸引子控制和限制物體的運動程度：點吸引子、極限環吸引子和奇異吸引子（即混沌吸引子或洛倫茲吸引子）。點吸引子與極限環吸引子都起著限制的作用以便系統的性態呈現出靜態的、平衡性特徵，故它們也叫做收斂性吸引子。而奇異吸引子則與前二者不同，它使系統偏離收斂性吸引子的區域而導向不同的性態。它透過誘發系統的活力，使其變為非預設模式，從而創造了不可預測性。依此看來，宇宙也受到各種變數的束縛，這些變數對宇宙的活動加以限制，但並不總是允許人們作出簡單的預測。總之，正是一個系統的兩個相反行為（收斂性吸引子與奇異吸引子）之間的相互作用與張力觸發了一個區域性豐富多樣的複雜的巨大模式。