Un autómata probabilístico es un dispositivo o sistema en el que la transición de un estado a otro se produce en función de señales de entrada aleatorias o en función de la secuencia de estados anteriores.
El autómata probabilístico se utiliza principalmente en el proceso de aprendizaje para demostrar comportamientos más complejos, cuyas reacciones son difíciles de predecir, por ejemplo, los sistemas automáticos de control de tráfico en la intersección de dos calles.