大多数的非线性系统，若其状态变数随时间的演化，变得不规则且不可预测，统称之为混沌。在一般的机械振动系统，旋转或加热的流体、雷射腔、和一些化学反应皆有混沌现象发现。不过，仅管缺乏规则性，其系统的运动方程式是可由已知定理、公理（例如牛顿第二定理）等明确地推导出来的，而非经由统计或随机处理而来。混沌动力学的一个特性是对初始条件非常敏感，对非混沌运动(nonchaotic motion)而言，若初始值略有误差（例如是量测上的误差），此误差是随时间成线性成长。但对混沌运动而言，此误差是以时间的指数函数而成长。若在相位空间以庞加莱剖面(Poincar'e section)取样，则对非混沌运动而言，庞加莱剖面图上只是有限个点。然而对混沌运动而言，庞加莱剖面上有无数个点。另外在傅立叶频谱上来看，非混沌运动只含有限个频率，而混沌运动有无限个频率。