La théorie probabiliste, née au milieu du XVIIe siècle, est conçue comme un modèle mathématique s'appliquant aux situations aléatoires. Deux définitions de la probabilité, fréquentiste et bayésienne, s'opposent. De nombreux calculs de probabilités font appel à des lois théoriques qui modélisent certaines situations aléatoires. C'est aujourd'hui une théorie foisonnante apportant des applications statistiques d'une grande efficacité, dans de domaines aussi variés que l'épidémiologie, l'économie, ou la sociologie.