Todennäköisyysautomaatti on laite tai järjestelmä, jossa siirtyminen tilasta toiseen tapahtuu satunnaisista tulosignaaleista tai edellisten tilojen järjestyksestä riippuen.
Probabilistista automaattia käytetään pääasiassa oppimisprosessissa osoittamaan monimutkaisempaa käyttäytymistä, jonka reaktioita on vaikea ennustaa, esimerkiksi automaattiset liikenteenohjausjärjestelmät kahden kadun risteyksessä.