نظرية الاحتمال (بالإنجليزية: Probability theory) هي النظرية التي تدرس احتمال الحوادث العشوائية، بالنسبة للرياضيين، الاحتمالات أعداد محصورة في المجال بين 0 و1 تحدد احتمال حصول أو عدم حصول حدث معين عشوائي أي غير مؤكد.
يتم تحديد احتمال الحدث
E
{\displaystyle E}
بالقيمة
P
(
E
)
{\displaystyle P(E)\!}
حسب بدهيات الاحتمال. كما ندعو احتمال الحدث
E
{\displaystyle E}
علما بحدوث الحدث
F
{\displaystyle F}
: الاحتمال الشرطي للحدث
E
{\displaystyle E}
مع العلم بحدوث
F
{\displaystyle F}
. نمثل هذا الاحتمال الشرطي بالنسبة بين احتمال التقاطع بين الحدثين (أي حدوثهما معا) إلى احتمال حدوث الحدث
F
{\displaystyle F}
، أي
P
(
E
∩
F
)
/
P
(
F
)
{\displaystyle P(E\cap F)/P(F)}
.
إذا لم تتغير قيمة الاحتمال الشرطي للحدث
E
{\displaystyle E}
علما بوقوع
F
{\displaystyle F}
عن القيمة الأصلية غير الشرطية للحدث أي أن الاحتمال واحد في حال وقوع
F
{\displaystyle F}
أو عدم وقوعه عندئذ نقول أن هذين الحدثين مستقلين.
تناقش نظرية الاحتمالات مصطلحين غاية في الأهمية وهما: المتغير العشوائي والتوزيع الاحتمالي للمتغير العشوائي.